JPH10133755A - インバータの制御方法およびインバータ装置 - Google Patents

インバータの制御方法およびインバータ装置

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JPH10133755A
JPH10133755A JP8290614A JP29061496A JPH10133755A JP H10133755 A JPH10133755 A JP H10133755A JP 8290614 A JP8290614 A JP 8290614A JP 29061496 A JP29061496 A JP 29061496A JP H10133755 A JPH10133755 A JP H10133755A
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浩史 中田
Hiroichi Kodama
博一 小玉
Masaki Eguchi
政樹 江口
Tsukasa Takebayashi
司 竹林
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Abstract

(57)【要約】 【課題】太陽電池等の直流電源から最大電力をより効果
よく取り出す。 【解決手段】単位時間あたりの太陽電池動作点の電圧変
化を監視して、その変化具合から太陽電池動作点が太陽
電池特性曲線上のどの位置にあるのかを判断すること
で、日射強度が急変した場合であっても、そのときの太
陽電池動作点の位置を高精度に判断する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池等の独立
した直流電源が発生する直流電力を交流電力に変換し
て、家庭用、事務用の一般交流負荷、あるいは既存の商
用電力系統に電力を供給するインバータの制御方法、お
よびこの制御方法を適用したインバータ装置にかかり、
詳しくは、その最大電力点追従制御に関する。
【0002】
【従来の技術】直流電源である太陽電池の出力特性は日
射量や、太陽電池の素子温度等の条件の変動により変化
し、太陽電池の出力特性曲線上には太陽電池の最大電力
を取り出せる最大電力点が存在することが知られてい
る。そこで、従来から、インバータ装置においては、太
陽電池の出力特性曲線上の太陽電池動作点をこの最大電
力点に一致させるように制御することにより、太陽電池
から最大電力を取り出すことが行われている。
【0003】このような最大電力点追従制御としては、
従来から、刻々と変化する太陽電池の出力特性曲線を求
めて、最大電力点を決定する方法があるが、出力特性曲
線が非線形であるため、出力特性曲線を計算により求め
るのは容易なことではないうえ、出力特性曲線は刻々と
変化するため、この方法を採用したインバータ装置の構
成は複雑になる。
【0004】そこで、このような不都合を解消した従来
のインバータの制御方法として、太陽電池の直流電圧と
直流電流とから太陽電池の出力電力を検出して太陽電池
動作点を最大電力点に追従させる制御方法がある。具体
的には、得られた太陽電池の出力電力値が最大となるよ
うに出力特性曲線に沿って太陽電池動作点を変動させ
て、最大電力点を見つけ出している。この制御方法が適
用された従来のインバータ装置50を図17を参照して
説明する。
【0005】インバータ装置50は、太陽電池51から
出力された直流電力を商用電力系統53と同―の位相及
び周波数50/60Hzをもつ交流電力に変換して商用
電力系統53に供給するようになっている。
【0006】太陽電池51からインバータ装置50に入
力された直流電力は高周彼インバータブリッジ54にお
いて高周波交流(数十〜数百KHz)に変換され、高周
波トランス55の一次側に供給される。高周波トランス
55は太陽電池51側(一次側)と商用電力系統53側
(二次側)とを絶縁する役割をもっており、この高周波
トランス55によって絶縁された高周波交流は高周波ト
ランス55の二次側に設けられたダイオードブリッジ5
6により整流される。ダイオードブリッジ56で整流さ
れた整流成分は、DCリアクトルとこれに並列に接続さ
れたコンデンサとで構成されるフィルタ回路57により
高周波成分の除去、および平滑が行われる。そして、フ
ィルタ回路57により全波整流波形状にされた直流を、
低周波インバータブリッジ58において、低周波(50
/60〜数百Hz)で折返し制御することで、低周波の
正弦波交流が得られる。
【0007】また、高周波インバータブリッジ54の前
段には、インバータ装置50への入力電力の変動を抑え
る直流コンデンサ59と直流入力電流検出器60とが設
けられている。低周波インバータブリッジ58の後段に
は、インバータ出力電流検出器61、商用電力系統53
側との連系、及び切り離しを行う連系リレー62、およ
び高調波成分を吸収するACフィルタ63が設けられて
いる。
【0008】高周波インバータブリッジ54および低周
波インバータブリッジ58のスイッチング制御は制御回
路64により次のようにして行われる。まず、低周波イ
ンバータブリッジ58のスイッチング制御を説明する。
すなわち、ACフィルタ63の後段から検出された商用
電力系統電圧信号Voutに基づき、制御回路64内の折
返し制御部65で全波整流波形状の直流を低周波(50
/60〜数百Hz)で折返し制御を行うことで、ゲート
ドライブ信号生成部66で低周波インバータブリッジ5
8の4つのスイッチング素子S1〜S4をオン/オフ制
御する。
【0009】高周波インバータブリッジ54のスイッチ
ング制御は次のようにして行われる。すなわち、制御回
路64内の制御量演算部68で電流指令信号(インバー
タ出力電流の標準波形信号)Irefを作成する。そし
て、PWM変調制御部67において、インバータ出力電
流検出器61で検出されたインバータ出力電流信号I
outと電流指令信号Irefとの間の誤差を算出する。さら
に、その誤差を増幅して得られる誤差増幅信号とキャリ
ア信号とからPWM変調制御を行ってパルス列信号PL
を生成する。さらに、生成したパルス列信号PLをゲー
トドライブ信号生成部69に出力し、このパルス列信号
PLを基にして高周波インバータブリッジ55の4つの
スイッテング素子Ql〜Q4をオン/オフ制御する。
【0010】このようなインバータ装置50においてイ
ンバータ出力を変化させるインバータの制御量は、PW
M変調制御で用いられる電流指令信号Irefの振幅Rと
なる。
【0011】ところで、太陽電池51から最大電力を取
り出す太陽電池動作点の電圧は、日射強度や太陽電池5
1の素子温度により刻々と変化するという特性がある。
そのため、太陽電池電流−電圧特性曲線は図18で示す
ようになる。図18は日射強度El1、E12、及び素
子温度t℃における特性曲線を示している。また、電流
指令信号Irefの振幅Rであるインバータの制御量、す
なわち、負荷の特性曲線L5、L6、L7は図18にお
いて各制御量を示す線分の傾きとして示されている。
【0012】日射強度がE11の場合の特性曲線をIV
(E11)とすると、負荷の特性曲線(制御量)L5,
L6,L7を変化させることにより、特性曲線IV(E
11)の太陽電池動作点を任意の点(P1、P2、P3
まで制御することができる。すなわち、日射強度がE1
1、負荷の特性曲線(制御量)がL5の場合の太陽電池
動作点をP1とすると、日射強度がE12に変化した場
合、負荷の特性曲線(制御量)L5が―定であれば、太
陽電池動作点は負荷の特性曲線L5上の点P1から点
1’に移動することになる。同様に、太陽電池動作点
2,P3はP2’,P3’へと移動する。
【0013】このような特性を有する太陽電池51から
最大電力を取り出す制御については次のようになる。す
なわち、直流コンデンサ59の両端から検出された直流
入力電圧Vinから求めた動作点電圧VMと直流入力電流
検出器60で検出された直流入力電流Iinとが制御回路
64内の電力演算部70に入力される。電力演算部70
は入力された動作点電圧VMと直流入力電流Iinとで直
流入力電力Winを算出して、電力比較部71に出力す
る。電力比較部71は入力された直流入力電力Winを一
時記憶する。
【0014】そして、電力比較部71において、前回算
出されて一時記憶された直流入力電力Win’と今回算出
されて新たに入力された直流入力電力Winとを比較す
る。そして、ここで得られた電力の増減と、制御量演算
部68において一時記憶していた前回までの制御量の増
減符号(制御量を増加させた場合、すなわち、負荷特性
曲線の傾きを大きくした場合は正符号、反対に制御量を
減少させた場合は負符号)とから、インバータの制御量
(PWM変調制御で用いられる電流指令信号Irefの振
幅R)を新たに決定する。
【0015】新たに決定された制御量に基づいて、高周
波インバータブリッジ58のスイッチング素子Q1〜Q
4をオン/オフ制御することで、太陽電池特性曲線上の
太陽電池動作点Pを変動させ、これによって太陽電池5
1の出力が最大電力点を追従させるように制御する。
【0016】制御量と太陽電池特性曲線上の太陽電池動
作点との関係について、図19を基にして説明する。図
19は日射強度E11,E12における太陽電池電力−
電圧特性曲線を示している。
【0017】図19の太陽電池電力−電圧特性曲線上の
太陽電池動作点νにおいて、制御量KνでのPWM変調
制御により、高周波インバータブリッジ54のスイッチ
ング素子Q1〜Q4をオン/オフ制御しているとする。
この状態でさらに、点νから最大電力点を追従するよう
に、制御量を1段階大きくしたKπの状態で、高周波イ
ンバータブリッジ54のスイッチング素子をオン/オフ
制御すると、太陽電池動作点は点πに移動し、太陽電池
51から取り出させる直流入力電力Winは増加する。
【0018】ここで、 ・前回の電力値Win’(Wν)より今回の電力値W
in(Wπ)が増加している、 ・前回太陽電池動作点(ν)から今回太陽電池動作点
(π)へ移動した際の制御量の増減符号が正(+l段
階)である、このような条件を満たせば、制御量を新た
にl段階大きくする。
【0019】そして、新たに設定した制御量KρでPW
M変調制御を行い、スイッチング素子Q1〜Q4をオン
/オフ制御すると、太陽電池動作点は点ρに移動する。
【0020】点ρでは、前回の点πと同様、電力値が増
加し、制御量の増減符号が正であるため、さらに制御量
をl段階大きくしてKσにする。そして、新たに設定さ
れた制御量KσでPWM変調制御を行い、スイッテング
素子Q1〜Q4をオン/オフ制御すると、太陽電池動作
点は点σに移動する。
【0021】ここで、 ・前回の電力値Win’(Wρ)より今回の電力値W
in(Wσ)が減少している、 ・前回太陽電池動作点(ρ)から今回太陽電池動作点
(σ)へ移動した際の制御量の増減符号が正(+l段
階)である、このような条件を満たせば、制御量を1段
階小さくしてKρにする。
【0022】そして、新たに設定した制御量KρでPW
M変調制御を行い、スイッチング素子Q1〜Q4をオン
/オフ制御する。
【0023】そして、制御量を1段階小さくしてKρに
した結果、電力値Winが減少する、すなわち、 ・前回の電力値Win’より今回の電力値Winが増加して
いる、 ・前回太陽電池動作点から今回太陽電池動作点へ移動し
た際の制御量の増減符号が負(−l段階) である、こ
のような条件を満たせば、制御量をl段階大きくする。
【0024】以上の制御処理を繰り返して、太陽電池動
作点が最大電力点を追従するように制御する。
【0025】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
インバータの制御方法は、・直流入力電圧信号Vin、直
流入力電流信号Iinを検出する、・検出した信号Vin
inを基にして直流入力電力値Winを演算して電力の増
減を調べる、・調べた電力値の増減と制御量の増減符号
とによりインバータの制御量を決定する、といった各種
操作を順次行うことで、太陽電池出力特性曲線上の太陽
電池動作点を制御するため、制御操作に時間をかかるう
え、太陽電池動作点を制御した後、太陽電池51の出力
電力が変化するのにも時間がかかるため、制御応答性が
悪かった。
【0026】また、太陽電池動作点が移動した際に日射
強度が急変した場合、電力の変化が太陽電池動作点の移
動により生じたのか、または日射強度の変化により生じ
たのか判断できず、太陽電池動作点が間違った方向に移
動してしまい、なかなか最大電力点に達しえずに太陽電
池51の最大電力を効率的に取り出すことができなかっ
た。
【0027】さらには、制御の手法上、直流入力電圧V
inと直流入力電流Iinを検出する必要があり、これらを
検出する検出器および検出回路が必要であるうえ、太陽
電池51の出力電力を演算してその増減を調べる回路も
必要であることから、制御を行う回路を安価に構成する
ことができなかった。
【0028】本発明は、このような課題を解決するため
に創案されたものであって、制御応答性が高く、最大出
力電力を効率良く引き出せるうえ、部品コストも低く抑
えることのできるインバータ制御方法、およびインバー
タ装置を提供することを目的とする。
【0029】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に記載
の発明は、太陽電池等の直流電源から発生する電力を交
流に変換し、負荷あるいは既存の商用電力系統に供給す
るインバータの制御方法において、単位時間あたりの太
陽電池動作点の電圧変化を監視することにより、太陽電
池動作点を太陽電池出力持性曲線上の最大電力点に追従
させることを特徴としており、これにより次のような作
用を有する。すなわち、単位時間あたりの太陽電池動作
点の電圧変化を監視して、その変化具合から太陽電池動
作点が太陽電池特性曲線上のどの位置にあるのかを判断
できる。このようにして太陽電池動作点の位置を判断す
ると、日射強度が急変した場合であっても、そのときの
太陽電池動作点の位置を、単位時間あたりの太陽電池動
作点の電圧変化により瞬時に判断することができる。
【0030】なお、日射強度が安定している場合、単位
時間あたりの太陽電池動作点の電圧はほとんど変化しな
い。このような場合には、インバータ出力の増加ないし
減少制御を行いながら、単位時間あたりの太陽電池動作
点の電圧変化を監視すれば、日射強度が安定している場
合であっても太陽電池動作点を確実に検知することがで
きる。
【0031】本発明の請求項2に記載の発明は、請求項
1に係るインバータの制御方法において、単位時間あた
りの太陽電池動作点の電圧変化の上限値を設定し、この
上限値と前記電圧変化とを比較することで、太陽電池特
性曲線上における太陽電池動作点の位置を判断している
ことを特徴としており、これにより次のような作用を有
する。すなわち、設定した上限値と電圧変化とを比較す
ることにより、太陽電池動作点の位置を精度よく判断す
ることができるようになる。
【0032】本発明の請求項3に記載の発明は、請求項
2に係るインバータの制御方法において、インバータ出
力の増加操作を行いながら、単位時間あたりの太陽電池
動作点の電圧変化を監視し、太陽電池動作点電圧が下降
し、かつ、単位時間あたりの太陽電池動作点の電圧変化
が前記上限値を越えない場合は太陽電池動作点が最大電
力点より開放電圧側にあると判断し、太陽電池動作点電
圧が下降し、かつ、前記電圧変化が前記上限値を越える
場合は太陽電池動作点が最大電力点より短絡電流側にあ
ると判断することに特徴を有しており、これにより次の
ような作用を有する。すなわち、太陽電池動作点の位置
をさらに精度よく判断することができるようになる。
【0033】本発明の請求項4に記載の発明は、請求項
3に係るインバータの制御方法において、太陽電池動作
点が最大電力点より開放電圧側にあると判断すると、イ
ンバータ出力増加操作を継続し、太陽電池動作点が最大
電力点より短絡電流側にある判断すると、インバータ出
力減少操作に切り替えることに特徴を有しており、これ
により次のような作用を有する。すなわち、太陽電池動
作点の位置に基づいて、太陽電池動作点を速やかに最大
電力点に追従させることができるようになる。
【0034】本発明の請求項5に記載の発明は、請求項
2ないし4のいずれかに係るインバータの制御方法にお
いて、標準電流波形信号とインバータ出力電流波形との
間の誤差がなくなるようにインバータをスイッチング制
御し、かつ、インバータ出力の増減操作を、標準電流波
形信号の振幅の増減により行うことに特徴を有してお
り、これにより次のような作用を有する。すなわち、太
陽電池動作点の位置をさらに精度よく判断することがで
きるようになる。
【0035】本発明の請求項6に記載の発明は、請求項
1ないし5のいずれかに係るインバータの制御方法にお
いて、単位時間あたりの太陽電池動作点の電圧変化の大
きさに応じて、インバータ出力の変化量を設定すること
を特徴としており、これにより次のような作用を有す
る。すなわち、単位時間あたりの太陽電池動作点の電圧
変化が大きければ、インバータ出力を徐々に変動させる
のではなく、大きく変動させる。これにより、太陽電池
動作点は速やかに最大電力点に追従するようになる。
【0036】本発明の請求項7に記載の発明は、太陽電
池等の直流電源から発生する電力を、標準電流波形信号
とインバータ出力電流波形との間の誤差がなくなるよう
にフィードバック制御を行って交流に変換し、負荷ある
いは既存の商用電力系統に供給するインバータの制御方
法において、単位時間あたりの太陽電池動作点の電圧変
化、および標準電流波形信号とインバータ出力電流波形
との間の誤差を監視することにより、太陽電池動作点を
太陽電池出力持性曲線上の最大電力点に追従させること
に特徴を有しており、これにより次のような作用を有す
る。すなわち、日射強度が急変する場合には、単位時間
あたりの太陽電池動作点の電圧変化を監視することで太
陽電池動作点を速やかに最大電力点に追従させることが
できる。一方、日射強度が安定している場合には、標準
電流波形信号とインバータ出力電流波形との間の誤差を
監視することで、太陽電池動作点を速やかに最大電力点
に追従させることができる。
【0037】本発明の請求項8に記載の発明は、請求項
7に係るインバータの制御方法において、インバータ出
力の増加ないし減少操作と、インバータ出力の無変化維
持操作とを交互に繰り返しながら、単位時間あたりの太
陽電池動作点の電圧変化、および標準電流波形信号とイ
ンバータ出力電流波形との間の誤差を監視することに特
徴を有しており、これにより、次のような作用を有す
る。すなわち、インバータ出力を増加ないし減少操作し
ている間に、単位時間あたりの太陽電池動作点の電圧変
化を監視すると、その監視結果の精度は良好なものとな
る。一方、インバータ出力の無変化維持操作をしている
間に、標準電流波形信号とインバータ出力電流波形との
間の誤差を監視すると、その監視結果の精度は良好なも
のとなる。
【0038】本発明の請求項9に記載の発明は、請求項
7に係るインバータの制御方法において、インバータ出
力の増加操作と、インバータ出力の無変化維持操作とを
交互に繰り返しながら、単位時間あたりの太陽電池動作
点の電圧変化、および標準電流波形信号とインバータ出
力電流波形との間の誤差を監視しており、太陽電池動作
点電圧が下降し、かつ、単位時間あたりの太陽電池動作
点の電圧変化が上限値を越えない場合、および前記誤差
が所定時間内になくなる場合は、太陽電池動作点が最大
電力点より開放電圧側にあると判断し、太陽電池動作点
電圧が下降し、かつ、前記電圧変化が上限値を越える場
合、および前記誤差が所定時間を経過してもなくならな
い場合は太陽電池動作点が最大電力点より短絡電流側に
あると判断することに特徴を有しており、これにより次
のような作用を有する。すなわち、インバータ出力を増
加操作している間に、単位時間あたりの太陽電池動作点
の電圧変化を監視すると、その監視結果の精度は良好な
ものとなる。一方、インバータ出力の無変化維持操作を
している間に、標準電流波形信号とインバータ出力電流
波形との間の誤差を監視すると、その監視結果の精度は
良好なものとなる。このような精度の高い監視結果に基
づいて、太陽電池動作点の位置を正確に判断するので、
太陽電池動作点の位置判断精度は高いものとなる。
【0039】本発明の請求項10に記載の発明は、請求
項9に係るインバータの制御方法において、太陽電池動
作点が最大電力点より開放電圧側にあると判断すると、
インバータ出力増加操作およびインバータ出力の無変化
維持操作を継続し、太陽電池動作点が最大電力点より短
絡電流側にあると判断すると、インバータ出力減少操作
に切り替えることに特徴を有しており、これにより次の
ような作用を有する。すなわち、太陽電池動作点の位置
の判断に基づいて、太陽電池動作点を速やかに最大電力
点に追従させることができる。
【0040】本発明の請求項11に記載の発明は、太陽
電池等の直流電源から発生する電力を、標準電流波形信
号とインバータ出力電流波形との間の誤差がなくなるよ
うにPWM変調制御を行って交流に変換し、負荷あるい
は既存の商用電力系統に供給するインバータの制御方法
において、単位時間あたりの太陽電池動作点の電圧変
化、およびPWM変調制御に用いられるパルス列信号の
パルス幅の変動を監視することにより、太陽電池動作点
を太陽電池出力持性曲線上の最大電力点に追従させるこ
とに特徴を有しており、これにより次のような作用を有
する。すなわち、日射強度が急変する場合には、単位時
間あたりの太陽電池動作点の電圧変化を監視することで
太陽電池動作点を速やかに最大電力点に追従させること
ができる。一方、日射強度が安定している場合には、P
WM変調制御に用いられるパルス列信号のパルス幅の変
動を監視することで、太陽電池動作点を速やかに最大電
力点に追従させることができる。
【0041】本発明の請求項12に記載の発明は、請求
項11に係るインバータの制御方法において、インバー
タ出力の増加ないし減少操作と、インバータ出力の無変
化維持操作とを交互に繰り返しながら、単位時間あたり
の太陽電池動作点の電圧変化、およびPWM変調制御に
用いられるパルス列信号のパルス幅の変動を監視するこ
とに特徴を有しており、これにより次のような作用を有
する。すなわち、インバータ出力を増加ないし減少操作
している間に、単位時間あたりの太陽電池動作点の電圧
変化を監視すると、その監視結果の精度は良好なものと
なる。一方、インバータ出力の無変化維持操作をしてい
る間に、PWM変調制御に用いられるパルス列信号のパ
ルス幅の変動を監視すると、その監視結果の精度は良好
なものとなる。
【0042】本発明の請求項13に記載の発明は、請求
項11に係るインバータの制御方法において、インバー
タ出力の増加操作と、インバータ出力の無変化維持操作
とを交互に繰り返しながら、単位時間あたりの太陽電池
動作点の電圧変化、およびPWM変調制御に用いられる
パルス列信号のパルス幅変動を監視しており、太陽電池
動作点電圧が下降し、かつ、単位時間あたりの太陽電池
動作点の電圧変化が上限値を越えない場合、および前記
パルス幅の変動が所定時間内になくなる場合は、太陽電
池動作点が最大電力点より開放電圧側にあると判断し、
太陽電池動作点の電圧下降し、かつ、前記電圧変化が上
限値を越える場合、および前記パルス幅の変動が所定時
間を経過してもなくならない場合は太陽電池動作点が最
大電力点より短絡電流側にあると判断することに特徴を
有しており、これにより次のような作用を有する。すな
わち、インバータ出力を増加操作している間に、単位時
間あたりの太陽電池動作点の電圧変化を監視すると、そ
の監視結果の精度は良好なものとなる。一方、インバー
タ出力の無変化維持操作をしている間に、PWM変調制
御に用いられるパルス列信号のパルス幅変動を監視する
と、その監視結果の精度は良好なものとなる。このよう
な精度の高い監視結果に基づいて、太陽電池動作点の位
置を正確に判断し、さらには、その判断結果に基づいて
太陽電池動作点を最大電力点に追従させるので、追従精
度は高いものとなる。
【0043】本発明の請求項14に記載の発明は、請求
項13に係るインバータの制御方法において、太陽電池
動作点が最大電力点より開放電圧側にあると判断する
と、インバータ出力の増加操作およびインバータ出力の
無変化維持操作を継続し、太陽電池動作点が最大電力点
より短絡電流側にあると判断すると、インバータ出力減
少操作に切り替えることに特徴を有しており、これによ
り次のような作用を有する。すなわち、太陽電池動作点
の位置の判断に基づいて、太陽電池動作点が精度よく最
大電力点に追従するようになる。
【0044】本発明の請求項15に記載の発明は、太陽
電池等の直流電源から発生する電力を交流に変換し、負
荷あるいは既存の商用電力系統に供給するインバータ装
置において、インバータ出力の増加操作を行うインバー
タ制御部と、太陽電池動作点電圧が下降し、かつ、単位
時間当たりの太陽電池動作点の電圧変化が上限値を越え
ない場合は太陽電池動作点が最大電力点より開放電圧側
にあると判断する一方、太陽電池動作点電圧が下降し、
かつ、前記電圧変化が上限値を越える場合は太陽電池動
作点が最大電力点より短絡電流側にあると判断する電圧
変化監視手段とを備えることに特徴を有しており、これ
により次のような作用を有する。すなわち、太陽電池動
作点の位置を精度よく判断することができる。
【0045】本発明の請求項16に記載の発明は、請求
項15に係るインバータ装置において、インバータ制御
部は、太陽電池動作点が最大電力点より開放電圧側にあ
ると電圧変化監視手段が判断すると、インバータ出力増
加操作を継続し、太陽電池動作点が最大電力点より短絡
電流側にあると電圧変化監視手段が判断すると、インバ
ータ出力減少操作に切り替えるものであることに特徴を
有しており、これにより次のような作用を有する。すな
わち、太陽電池動作点の位置に基づいて、太陽電池動作
点を速やかに最大電力点に追従させることができるよう
になる。
【0046】本発明の請求項17に記載の発明は、太陽
電池等の直流電源から発生する電力を、標準電流波形信
号とインバータ出力電流波形との間の誤差がなくなるよ
うにフィードバック制御を行って交流に変換し、負荷あ
るいは既存の商用電力系統に供給するインバータ装置に
おいて、インバータ出力の増加操作を行うインバータ制
御部と、太陽電池動作点電圧が下降し、かつ、単位時間
当たりの太陽電池動作点の電圧変化が上限値を越えない
場合は太陽電池動作点が最大電力点より開放電圧側にあ
ると判断する一方、太陽電池動作点電圧が下降し、か
つ、前記電圧変化が上限値を越える場合は太陽電池動作
点が最大電力点より短絡電流側にあると判断する電圧変
化監視手段と、標準電流波形信号とインバータ出力電流
波形との間の誤差が、所定時間内になくなる場合は、太
陽電池動作点が最大電力点より開放電圧側にあると判断
する一方、前記誤差が所定時間を経過してもなくならな
い場合は太陽電池動作点が最大電力点より短絡電流側に
あると判断する誤差監視手段とを備えることに特徴を有
しており、これにより次のような作用を有する。すなわ
ち、日射強度が急変する場合には、単位時間あたりの太
陽電池動作点の電圧変化を監視することで太陽電池動作
点の位置を速やかに判断することができる。一方、日射
強度が安定している場合には、標準電流波形信号とイン
バータ出力電流波形との間の誤差を監視することで、太
陽電池動作点の位置を速やか判断することができる。
【0047】本発明の請求項18に記載の発明は、請求
項17に係るインバータ装置において、インバータ制御
部は、太陽電池動作点が最大電力点より開放電圧側にあ
ると電圧変化監視手段ないし誤差監視手段が判断する
と、インバータ出力増加操作を継続し、太陽電池動作点
が最大電力点より短絡電流側にあると電圧変化監視手段
ないし誤差監視手段が判断すると、インバータ出力減少
操作に切り替えるものであることに特徴を有しており、
これにより次のような作用を有する。すなわち、太陽電
池動作点の位置の判断に基づいて、太陽電池動作点を速
やかに最大電力点に追従させることができる。
【0048】本発明の請求項19に記載の発明は、太陽
電池等の直流電源から発生する電力を、標準電流波形信
号とインバータ出力電流波形との間の誤差がなくなるよ
うにPWM変調制御を行って交流に変換し、負荷あるい
は既存の商用電力系統に供給するインバータ装置におい
て、インバータ出力の増加操作を行うインバータ出力制
御部と、太陽電池動作点電圧が下降し、かつ、単位時間
当たりの太陽電池動作点の電圧変化が上限値を越えない
場合は太陽電池動作点が最大電力点より開放電圧側にあ
ると判断する一方、太陽電池動作点電圧が下降し、か
つ、前記電圧変化が上限値を越える場合は太陽電池動作
点が最大電力点より短絡電流側にあると判断する電圧変
化監視手段と、PWM変調制御に用いられるパルス列信
号のパルス幅の変動を監視し、パルス幅の変動が所定時
間内になくなる場合は太陽電池動作点が最大電力点より
開放電圧側にあると判断する一方、パルス幅の変動が所
定時間を経過してもなくならない場合は太陽電池動作点
が最大電力点より短絡電流側にあると判断するパルス幅
監視手段とを備えることに特徴を有しており、これによ
り次のような作用を有する。すなわち、日射強度が急変
する場合には、単位時間あたりの太陽電池動作点の電圧
変化を監視することで太陽電池動作点を速やかに最大電
力点に追従させることができる。一方、日射強度が安定
している場合には、PWM変調制御に用いられるパルス
列信号のパルス幅の変動を監視することで、太陽電池動
作点を速やかに最大電力点に追従させることができる。
【0049】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。
【0050】実施の形態1図lは本発明の実施の形態1
であるインバータ装置1を示す回路図である。
【0051】インバータ装置lは太陽電池2から出力さ
れた直流電力を商用電力系統3と同―の位相、及び周波
数50/60Hzをもつ交流電力に変換して、商用電力
系統3に供給している。
【0052】インバータ装置lは、直流コンデンサ4と
高周波インバータブリッジ5と高周波トランス6とダイ
オードブリッジ7とフィルタ回路8と低周波インバータ
ブリッジ9と連係リレー10とACフィルタ11とイン
バータ出力電流検出器12と制御回路13とを備えてい
る。
【0053】直流コンデンサ4は、太陽電池2から入力
される直流電力の変動を抑制している。高周波インバー
タブリッジ5はインバータ装置lに入力された直流電力
を高周波交流(数十〜数百KHz)に変換している。高
周波トランス6は太陽電池2側(一次側)と商用電力系
統3側(二次側)とを絶縁する役割を担っている。ダイ
オードブリッジ7は高周波トランス6の二次側に接続さ
れて高周波交流を整流している。フィルタ回路8は互い
に並列に接続されたDCリアクトル8aおよびコンデン
サ8bで構成されており、整流波形に含まれる高周波成
分の除去および平滑を行っている。低周波インバータブ
リッジ9はフィルタ回路8の後段に接続されて全波整流
波形状の直流を低周波(50/60〜数百Hz)で折返
し制御を行って低周波の正弦波交流を形成している。連
系リレー10は商用電力系統3側との連系及び切り離し
を行っている。ACフィルタllはDCリアクトル11
aとコンデンサ11bとから構成されて高調波成分の吸
収を行っている。インバータ出力電流検出器l2は低周
波インバータブリッジ9の後段で、インバータ出力電流
信号Ioutを検出して制御回路13に出力している。制
御回路13は高周波インバータブリッジ5と低周波イン
バータブリッジ9とを制御している。
【0054】制御回路13は、高周波インバータブリッ
ジ制御系13aと低周波インバータブリッジ制御系13
bとからなっている。高周波インバータブリッジ制御系
13aは、制御量演算部14とPWM変調制御部l5と
ゲートドライブ信号生成部16と電圧変化監視部17と
を備えている。制御量演算部14は、インバータ出力電
流信号Ioutの標準電流波形信号であり、かつインバー
タ装置1の制御量がその振幅Rに相当する電流指令信号
refを生成している。PWM変調制御部l5は、電流
指令信号Irefとインバータ出力電流信号Ioutとの誤差
を所定周期単位で波形積分し、得られた積分波形データ
に対してPWM変調制御を行ってパルス列信号PLを生
成している。ゲートドライブ信号生成部16は、PWM
変調制御部15が生成したパルス列信号PLに基づいて
高周彼インバータブリッジ5の4つのスイッチング素子
Ql〜Q4をオン/オフ制御している。電圧変化監視部
17は直流コンデンサ4の両端から検出された直流入力
電圧Vinから求めた太陽電池動作点電圧VMの単位時間
あたりの変化を監視してその監視結果を制御量演算部1
4に出力している。
【0055】低周波インバータブリッジ制御系13b
は、折返し制御部18とゲートドライブ信号生成部19
とを備えている。折返し制御部18はACフィルタll
の後段から検出された商用電力系統電圧信号Voutに基
づき、全彼整流波形状の直流を低周波(50/60〜数
百Hz)で折返し制御を行っている。ゲートドライブ信
号生成部19は、折返し制御部18による制御に基づい
て低周波インバータブリッジ9の4つのスイッチング素
子S1〜S4をオン/オフ制御している。
【0056】なお、高周彼インバータブリッジ5のスイ
ッチング素子Q1〜Q4、及び低周波インバータブリッ
ジ9のスイッチング素子Sl〜S4としては、例えばI
GBT等を用いることができる。
【0057】次に、上記構成のインバータ1装置の動作
について説明する。基本的には、インバータ出力電流検
出器12で検出してフィードバックされたインバータ出
力電流信号Ioutと制御量演算部14で決定された電流
指令信号Irefとの問の誤差がなくなるように、高周波
インバータブリッジ5のスイッチング素子Q1〜Q4を
オン/オフ制御している。すなわち、まず、制御量演算
部14でインバータの制御量である電流指令信号Iref
の振幅Rを決定して電流指令信号Irefを生成して、P
WM変調制御部15に出力する。また、インバータ出力
電流検出器12は、そのときのインバータ出力電流信号
outを検出してPWM変調制御部15に出力する。P
WM変調制御部15では、入力された電流指令信号I
refとインバータ出力電流信号Ioutとの誤差を所定周期
単位で波形積分し、得られた積分波形データに対してP
WM変調制御を行ってパルス列信号PLを生成し、ゲー
トドライブ信号生成部16へ出力する。ゲートドライブ
信号生成部16では、入力されたパルス列信号PLに基
づいて高周波インバータブリッジ5の各スイッチング素
子Q1〜Q4をオン/オフ制御する。これにより、太陽
電池2から入力された直流電力は高周彼インバータブリ
ッジ5において高周波交流(数十〜数百KHz)に変換
されて高周波トランス6の一次側に供給される。
【0058】高周波トランス6は太陽電池2側(一次
側)と商用電力系統3側(二次側)とを絶縁しており、
この高周波トランス6によって絶縁された高周波交流は
高周波トランス6の二次側に設けられたダイオードブリ
ッジ7により整流される。ダイオードブリッジ7で整流
された整流成分はフィルタ回路8により高周波成分の除
去、および平滑が行われる。フィルタ回路8により全波
整流波形状にされた直流は、低周波インバータブリッジ
9において、低周波(50/60〜数百Hz)で折返し
制御されることで、低周波の正弦波交流となる。そし
て、正弦波交流に対して連系リレー10によって商用電
力系統3側との連系及び切り離しを行い、さらにACフ
ィルタllで高調波成分の吸収を行った後、商用電力系
統3に出力される。
【0059】インバータ装置1は、以上のようにして直
流電力を交流電力に変換するのであるが、このようなD
C/AC変換制御においては、インバータ出力電流信号
outの目標値である電流指令信号Irefの振幅Rを変化
させることにより、太陽電池特性曲線上の動作点を制御
している。
【0060】次に、このインバータ装置1による最大電
力点追従制御を説明する。太陽電池2には、実際には日
射強度や素子温度により出力特性か刻々と変化するとい
う特性がある。したがって、太陽電池2から直流電力を
最大限に取り出すためには、日射強度や素子温度が急激
に変化した場合でも、瞬時にして変化した日射強度にお
ける太陽電池特性上の最大電力点WMAXを追従するよう
に、太陽電池動作点の制御応答性を高めることが要求さ
れる。このような制御応答性を得るために、インバータ
装置1では、以下に示すように制御している。
【0061】まず、制御量演算部14の操作について説
明する。制御量演算部14は、基本制御操作として、図
2に示すように、サンプリングタイムtの複数倍に当た
る任意の周期Tを設定し、この周期Tの期間中、電流指
令信号Irefの振幅R(これはインバータ出力に相当す
る)を一定の増加率で徐々に、すなわち、何段階にわた
って段々と大きくする増加させる操作を行っている。
【0062】一方、電圧変化監視部17では、単位時間
あたりの動作点電圧VMの電圧変化(以下、電圧変化率
αという)が上限値βを超過するか否かを、サンプリン
グタイムt毎に監視している。この上限値βは次のよう
にして設定する。すなわち、周期Tにおいて電流指令信
号Irefの振幅Rをある一定の増加率で徐々に増加させ
ると、太陽電池動作点は開放電圧側→最大電力点WMAX
→短絡電流側の方向に沿って移動していく。するとそれ
に伴って動作点電圧VMも減少していく。このとき、太
陽電池動作点が最大電力点WMAXよりも開放電圧側にあ
る場合には、その電圧変化は緩やかである。一方、太陽
電池動作点が最大電力点WMAXよりも短絡電流側にある
場合には、その電圧変化は急となる。
【0063】短絡電流側において電圧変化が急となるの
は次のような理由によっている。すなわち、太陽電池動
作点が最大電力点WMAXよりも短絡電流側にある状態で
振幅Rの拡幅操作を行うと、太陽電池2から入力される
直流電力が最大電力点VMAXに達しているにもかかわら
ず、さらにそれ以上の直流電力を要求することになり、
太陽電池動作点は電圧が減少していく方向、すなわち最
大電力点WMAXから離れて短絡電流側にいく方向に大き
く移動することになる。
【0064】そこで、ある一定の増加率で徐々に増加さ
せるという条件において、太陽電池動作点が最大電力点
MAXよりも開放電圧側にある状態で許容できる電圧変
化を計算し、その電圧変化を上限値βとして電圧変化監
視部17に記憶しておく。具体的には、上限値βは次の
ようにして設定する。すなわち、太陽電池動作点が最大
電力点WMAXより開放電圧側にある状態で周期Tの間だ
けある一定の増加率で振幅Rの拡幅制御を行った際に生
じる電圧変化を電圧変化ΔV’とし、この電圧変化Δ
V’より僅かに大きい電圧変化を許容電圧変化ΔVとし
て設定する。なお、許容電圧変化ΔVを電圧変化ΔV’
より僅かに大きくするのは、許容電圧変化ΔVを電圧変
化ΔV’より大きくし過ぎると太陽電池動作点の位置判
定精度が低下するためである。
【0065】そして、このようにして設定した許容電圧
変化ΔVを周期Tで除算した値ΔV/Tを上限値βとし
て設定する(β=ΔV/T)。
【0066】電圧変化監視部17は、このようにして算
出した上限値βを記憶したうえで電圧変化率αを監視す
る。電圧変化率αの監視は具体的には次のようにして行
う。ここでは、図3,図2に示すように、日射強度が大
きく安定している状態E1での太陽電池電力−電圧特性
曲線PV(E1)上において、太陽電池動作点が最大電
力点WMAX(E1)よりも開放電圧側の点Aにある場合を想
定して説明する。
【0067】電圧変化監視部17では、周期Tの開始時
(点A)の動作点電圧VM(A)の値を電圧基準VSTとして
記憶しておく。この状態で、制御量演算部14が周期T
の間、電流指令信号Irefの振幅Rを一定の増加率で徐
々に増加させる制御を行うと、太陽電池動作点は太陽電
池電力−電圧特性曲線PV(E1)上を移動し(点A→
点B)、それに伴い、太陽電池動作点電圧VMは低下し
ていく。
【0068】このとき、電圧変化監視部17では、サン
プリングタイムt(1〜n)毎に、電圧変化率α(1〜n)を計
算する。電圧変化率α(1〜n)は次のようにして計算す
る。ここでは、周期Tの開始時(例えば点A)からi番
目のサンプリングタイムti経過時の電圧変化率αiを例
として説明する。すなわち、電圧基準VST(点Aでの動
作点電圧VM(A)が相当する)から、周期Tの開始時から
i番目のサンプリングタイムtiを経過した時点(点
i)の動作点電圧VM(i)を減算することで電圧変化Δ
i(=VST−VM(i))を求める。そして、求めた電圧
変化ΔViを周期T開始時からi番目のサンプリングタ
イムtiまでの経過時間Piで除算することで、電圧変化
率αi(=ΔVi/Pi)を求める。
【0069】電圧変化監視部17では、このようにして
求めた電圧変化率αiと上限値βとの大小の比較、およ
び電圧変化の方向により太陽電池動作点の位置を判定す
る。すなわち、電圧変化の方向がマイナス(VST>V
M(i))であって、αi<βとなる場合には、サンプリン
グタイムti経過後の太陽電池動作点が最大電力点W
MAX(E1)よりも開放電圧側にあると判断する。一方、電
圧変化の方向がマイナス(VST>VM(i))であって、α
i>βとなる場合には、サンプリングタイムti経過後の
太陽電池動作点が最大電力点WMAX(E1)よりも短絡電流
側にあると判断する。
【0070】α<βである場合の操作 太陽電池動作点が、共に最大電力点WMAX(E1)より開放
電圧側にある点Aから点Aiに移動すると、点Aiにおい
て、VST>VM(i)(=電圧変化の方向がマイナス)であ
って、αi<βとなる。電圧変化監視部17は、このよ
うな状態を検知すると、点Aiでの太陽電池動作点が最
大電力点WMAX(E1)よりも開放電圧側にあると判断し、
その旨を知らせる信号を制御量演算部14に出力する。
制御量演算部14では、この信号に基づいて、電流指令
信号Irefの振幅Rを徐々に増加させる操作を継続す
る。
【0071】このような状態が周期Tだけ続くと、電圧
変化監視部17は電圧基準VSTを更新する。電圧基準V
STの更新は、周期T経過時(点B,点C)の動作点電圧
(VM(B),VM(C))を次の電圧基準VSTとして更新記憶
することで行われる。
【0072】電圧基準VSTを更新したのち、制御量演算
部14では、さらに電流指令信号Irefの振幅Rを徐々
に増加させる操作を継続する。以上の操作を繰り返し行
うことで、太陽電池動作点は最大電力点WMAX(E1)に近
づいていく。
【0073】α>βである場合の操作 図3ないし図2において、最大電力点WMAX(E1)付近の
開放電圧側に位置する点C(なお、ここでは、説明を容
易にする都合上、点Cを周期Tの開始タイミングに同期
した時点に設定している)で電流指令信号Irefの振幅
Rの拡幅操作を継続すると、太陽電池2に対して取り出
せる最大電力以上の電力を要求することになり、太陽電
池動作点は短絡電圧側に引っ張られて点Cから最大電力
点WMAX(E1)を越えて点Dヘ移動する。この時、動作点
電圧VMは時間とともに大きく減少する方向に変化す
る。
【0074】このような動作点電圧VMの変化を電圧変
化監視部17において検出する。すなわち、図2におい
て、点Cでの電圧基準VST(=動作点電圧VM(C))から
点Dの時点での動作点電圧VM(D)を減算することで電圧
変化ΔVD(=VST−VM(D))を求める。そして、求め
た電圧変化ΔVDを点Cから点Dまでの経過時間Pjで除
算することで、電圧変化率αD(=ΔVD/Pj)を求め
る。
【0075】電圧変化監視部17では、このようにして
求めた電圧変化率αDと上限値βとの比較、および電圧
変化の方向に基づいて、次のような判断を行う。すなわ
ち、この場合では、太陽電池動作点の電圧が時間ととも
に大きく減少するため、VST>VM(D)(=電圧変化の方向
がマイナス)であって、αD>βとなる。このことを検
出した電圧変化監視部17では、VST>VM(D)であっ
て、αD>βとなる点Dでの太陽電池動作点が最大電力
点WMAX(E1)よりも短絡電流側にあると判断する。
【0076】電圧変化監視部17は、太陽電池動作点が
最大電力点WMAX(E1)よりも短絡電流側にあると判断す
ると、周期Tの終了を待つことなく、電圧変化率αD
上限値βを越えたことを検出された瞬間(=点D)にお
いて、制御量演算部14に対してその旨を知らせる信号
を出力する。制御量演算部14はこの信号に基づいて、
瞬時にインバータの出力を減少させる、すなわち電流指
令信号Irefの振幅Rを減少させる操作に切り替える。
【0077】制御量演算部14が、電流指令信号Iref
の振幅Rを減少させる操作を継続すると、太陽電池動作
点は最大電力点WMAX(E1)より短絡電流側の位置から、
最大電力点WMAX(E1)に向かって移動し、最後には、最
大電力点WMAX(E1)より開放電圧側の位置まで移動す
る。
【0078】太陽電池動作点が最大電力点WMAX(E1)
越えて開放電圧側に移動したことは次のようにして判断
される。すなわち、短絡電流側→最大電力点→開放電圧
側に向かって太陽電池動作点が移動すると、動作点電圧
Mは上昇する。そこで、電圧変化監視部17では、電
圧基準VST(=VM(C))から許容電圧変化ΔVを減算す
ることで電圧下限値VU(=VST−ΔV)を算出する。
そして、サンプリングタイムt毎に検出する動作点電圧
Mと電圧下限値VUとを比較し、VM<VUであるなら
ば、太陽電池動作点は、最大電力点WMAX(E1)より短絡
電流側にまだ位置していると判断し、その旨を知らせる
信号を制御量演算部14に出力する。すると、制御量演
算部14では、電流指令信号Irefの振幅Rを減少させ
る操作を継続し、これにより、太陽電池動作点は開放電
圧側に向けてさらに移動する。
【0079】一方、VM>VUとなる(図2では点C2が
相当する)と、太陽電池動作点が開放電圧側に向けて移
動した結果、最大電力点WMAX(E1)を越えて開放電圧側
に移動したと判断して、その旨を知らせる信号を制御量
演算部14に出力する。すると、制御量演算部14で
は、電流指令信号Irefの振幅Rを減少させる操作を停
止して、反対に電流指令信号Irefの振幅Rを増加させ
る操作に切り替える。このとき、電圧変化監視部17は
M>VUとなった時点(点C2)での動作点電圧V
M(C2)を電圧基準VSTとして更新する。
【0080】以上のような操作を繰り返して行うことに
より、最大電力点WMAX(E1)よりも短絡電流側にある太
陽電池動作点を瞬時に最大電力点WMAX(E1)よりも開放
電圧側に移動させることができ、日射強度か大きく、し
かも安定した状態E1において、迅速に、太陽電池動作
点を最大電力点WMAX(E1)に追従させることができる。
【0081】また、制御量演算部14では、電流指令信
号Irefの振幅Rを減少操作する際において、振幅Rの
減少操作を開始する判断を下した際の電圧変化率αD
大小に応じて、電流指令信号Irefの振幅Rの減少幅が
設定される。すなわち、電圧変化率αDが大きければ大
きいほど、電流指令信号Irefの振幅Rを大きく減少さ
せる。逆に電圧変化率αDが小さければ小さいほど電流
指令信号Irefの振幅Rを小さく減少させる。これによ
り、最大電力点WMAX(E1)より短絡電流側に移動した太
陽電池動作点を迅速に開放電圧側に移動させることがで
きる。
【0082】次に、日射強度が大きい状態(E2)から
日射強度が小さい状態(E3)に急変した場合の最大電
力点追従制御を図4を参照して説明する。図4は各日射
強度(E2,E3)の状態における電圧と電力ないし電
流との間の相関関係を示す図であり、符号PV(E
2),PV(E3)を付した曲線は、日射強度E2,E
3の状態における太陽電池電力−電圧特性曲線であり、
符号IV(E2),IV(E3)を付した曲線は日射強
度E2,E3の状態における太陽電池電流−電圧特性曲
線を示している。
【0083】太陽電池電力−電圧特性曲線PV(E2)
上で太陽動作点が最大電力点WMAX(E2)を追従している
状態(点F)において、日射強度がE2からE3に瞬時
に変化すると、太陽電池動作点は点Fから太陽電池電力
−電圧特性曲線PV(E3)上の点Hに瞬時に移動す
る。この理由は次のとおりである。図4において、太陽
電池電力ー電圧特性曲線PV(E2)上の動作点が点F
に位置する状態では、太陽電池電流―電圧特性曲線IV
(E2)上の動作点は、点Fと同電圧のポイントである
点F’となる。このとき、太陽電池2に接続された負荷
の特性曲線はL1であり、点F’と負荷の特性曲線L1
とは交差している。
【0084】この状態で、日射強度E2がE3に瞬時に
変化すると、太陽電池動作点は太陽電池電流−電圧特性
曲線IV(E2)上の点F’から、負荷特性曲線L1と
太陽電池電流−電圧特性曲線IV(E3)との交点であ
る点H’に移動する。したがって、太陽電池電力−電圧
特性曲線PV(E3)上では、太陽電池動作点が点H’
と同電圧である点Hに移動することになる。
【0085】このように日射強度が急減すると、電流指
令信号Irefの振幅Rと太陽電池動作点電圧の変化は図
5のようになる。すなわち、日射強度が急減する前は太
陽電池電力−電圧特性曲線PV(E2)上で太陽電池動
作点が最大電力点WMAX(E2)を追従しており、点Fまで
太陽電池動作点電圧は時間とともに減少変化している。
この状態で日射強度E2がより小さい日射強度E3に急
減すると、このことを電圧変化監視部17は次のように
して判断する。すなわち、電圧変化監視部17では、点
Fから点Hまでの経過時間Pkにおける電圧変化率αH
求める。電圧変化率αHは、前述した説明と同様、点F
での電圧基準VST(=動作点電圧VM(F))から点Hでの
動作点電圧VM(H)を減算することで電圧変化ΔVH(=
ST−VM(H))を求める。そして、求めた電圧変化ΔV
Hを経過時間Pkで除算することで、電圧変化率αH(=
ΔVH/Pk)を求める。
【0086】電圧変化監視部17では、求めた電圧変化
率αHと予め記憶している上限値β(電圧変化率αの上
限)とを比較する。さらには、電圧変化の方向を調べ
る。この場合では、太陽電池動作点の電圧が時間ととも
に大きく減少するため、電圧変化率αD>上限値β、か
つ、VST>VM(H)(=電圧変化の方向がマイナス)とな
るので、電圧変化率監視部17は点Hでの動作点は最大
電力点WMAX(E3)よりも短絡電流側にあると判断して、
周期Tを待たずに電圧変化率αが上限値βを越えた瞬間
(点H)において、制御量演算部14にその旨を知らせ
る信号を出力する。
【0087】制御量演算部14は電圧変化監視部17か
ら送られた信号に基づいて、インバータの出力を減少さ
せる、すなわち電流指令信号Irefの振幅Rを減少させ
る操作に瞬時に切り替える。そして、制御量演算部14
が、電流指令信号Irefの振幅Rを減少させる操作を継
続すると、太陽電池動作点は最大電力点WMAX(E3)より
短絡電流側の位置から、最大電力点WMAX(E3)に向かっ
て移動し、最後には、最大電力点WMAX(E3)より開放電
圧側の位置まで移動する。
【0088】太陽電池動作点が最大電力点WMAX(E3)
越えて開放電圧側に移動したことは次のようにして判断
される。すなわち、短絡電流側→最大電力点→開放電圧
側に向かって動作点が移動すると、動作点電圧VMは上
昇する。電圧変化監視部17では、電圧基準VST(=V
M(F))から許容電圧変化ΔVを減算することで電圧下限
値VU(=VST−ΔV)を算出する。そして、動作点電
圧VMと電圧下限値VUとを比較し、VM<VUであるなら
ば、太陽電池動作点は、最大電力点WMAX(E3)より短絡
電流側にまだ位置していると判断し、その旨を知らせる
信号を制御量演算部14に出力する。すると、制御量演
算部14では、電流指令信号Irefの振幅Rを減少させ
る操作を継続し、これにより、太陽電池動作点は開放電
圧側に向けてさらに移動する。
【0089】一方、VM>VUとなる(図5,図4では点
F2が相当する)と、太陽電池動作点が開放電圧側に向
けて移動した結果、最大電力点WMAX(E3)を越えて開放
電圧側に移動したと判断して、その旨を知らせる信号を
制御量演算部14に出力する。すると、制御量演算部1
4では、電流指令信号Irefの振幅Rを減少させる操作
を停止して、反対に電流指令信号Irefの振幅Rを増加
させる操作に瞬時に切り替える。このとき、電圧変化監
視部17はVM(F2)>VUとなった時点(点F2)での動
作点電圧VM(F2)を電圧基準VSTとして更新する。
【0090】以上のような操作を行うことにより、最大
電力点WMAX(E3)よりも短絡電流側にある動作点を瞬時
に最大電力点WMAX(E3)よりも開放電圧側に移動させる
ことができ、日射強度が急減した状態においても、迅速
に、太陽電池動作点を最大電力点WMAX(E3)に追従させ
ることができる。
【0091】インバータ装置1は、電流指令信号Iref
の振幅Rを減少させる操作で、太陽電池動作点を開放電
圧側に移動させるのであるが、このような操作に際し
て、電流指令信号Irefの振幅Rの減少幅は、振幅Rを
減少操作する判断を下した際の電圧変化率αHの大小に
応じて設定される。すなわち、電圧変化率αHが大きけ
れば大きいほど、電流指令信号Irefの振幅Rを大きく
減少させる。逆に電圧変化率αHが小さければ小さいほ
ど電流指令信号Irefの振幅Rを小さく減少させる。こ
れにより、最大電力点WMAX(E3)より短絡電流側に移動
した太陽電池動作点を迅速に開放電圧側に移動させるこ
とができる。
【0092】一般に、日射強度が急激に減少すると、太
陽電池動作点は、最大電力点WMAXから大幅に短絡電流
側に移動してしまい、大幅に短絡電流側に移動した太陽
電池動作点を最大電力点WMAXまで復帰させるのには時
間を要することになる。しかしながら、インバータ装置
1では、太陽電池動作点が最大電力点WMAXを離れてど
の程度短絡電流側に移動したかを、電圧変化率αの大き
さにより判断し、その判断に基づいて、電流指令信号I
refの振幅Rの減少幅を調整している。そのため、日射
強度の急減により太陽電池動作点が最大電力点WMAX
り大きく短絡電流側に移動したとしても、迅速に最大電
力点WMAXまで復帰させることができる。
【0093】次に、日射強度が小さい状態E4から日射
強度が大きい状態E5に急変した場合の最大電力点追従
制御を図6を参照して説明する。図6は各日射強度(E
4,E5)の状態における電圧と電力ないし電流との間
の相関関係を示す図であり、符号PV(E4),PV
(E5)を付した曲線は、日射強度E4,E5の状態に
おける太陽電池電力−電圧特性曲線であり、符号IV
(E4),IV(E5)を付した曲線は日射強度E4,
E5の状態における太陽電池電流−電圧特性曲線を示し
ている。
【0094】太陽電池電力−電圧特性曲線PV(E4)
上の動作点が最大電力点を追従している状態(点N)
に、日射強度E4がE5に瞬時に変化すると、太陽電圧
動作点は点Nから太陽電池電力−電圧特性曲線PV(E
5)上の点Oに瞬時に移動する。この理由は次のとおり
である。図6において、太陽電他電力ー電圧特性曲線P
V(E4)上の動作点が点Nに位置する状態では、太陽
電池電流―電圧特性曲線IV(E4)上の動作点は、点
Nと同電圧のポイントである点N’となる。このとき、
太陽電池2に接続された負荷の特性曲線はL2であり、
点N’と負荷の特性曲線L2とは交差している。
【0095】この状態で、日射強度E4がE5に瞬時に
変化した場合には、太陽電池動作点は太陽電池電流−電
圧特性曲線IV(E4)上の点N’から負荷特性曲線L
2と太陽電池電流−電圧特性曲線IV(E5)との交点
である点O’に移動する。したがって、太陽電池電力−
電圧特性曲線PV(E5)上では、太陽電池動作点は、
点O’と同電圧である点Oに移動することになる。
【0096】このように日射強度が急増すると、電流指
令信号Irefの振幅Rと太陽電池動作点電圧の変化は図
7のようになる。すなわち、日射強度が急増する前は太
陽電池電力−電圧特性曲線PV(E4)上で太陽電池動
作点が最大電力点WMAX(E4)を追従しており、点Nまで
太陽電池動作点電圧は時間とともに減少変化している。
この状態で日射強度E4がより大きい日射強度E5に急
増すると、このことを電圧変化監視部17は次のように
して判断する。すなわち、N点より周期Tだけ経過した
時点が点Oであり、点Nから点Oに時間が経過する間
に、日射強度E4がより大きな日射強度E5に急増した
したとすると、点Oの動作点電圧VM(O)は点Nで設定し
た電圧基準VST(=VM(N))よりΔVOだけ大きく増加
する。
【0097】電圧変化監視部17では、点Oでの動作点
電圧VM(O)が基準電圧VST(=VM(N))より大きい(V
M(O)>VST)ことを検知すると、次にように判断する。
すなわち、点Oの太陽電池動作点は最大電力点W
MAX(E5)よりも開放電圧側にあり、しかも、点Oの太陽
電池動作点と最大電力点WMAX(E5)との間は、点Nの太
陽電池動作点と最大電力点WMAX(E4)との間よりさらに
離間している。
【0098】このような判断をした電圧変化監視部17
は、この旨を知らせる信号を制御量演算部14に出力す
る。すると、制御量演算部14では、電流指令信号I
refの振幅Rを通常より大きく増加させ、これによっ
て、太陽電池動作点を迅速に最大電力点WMAX(E5)まで
移動させる。
【0099】このようにして、日射強度が急増した状態
における太陽電池動作点の位置を判断しているのである
が、電圧変化監視部17は、このときの電圧変化率αO
=(VM(O)−VM(N))/Tを算出し、電圧変化率αO
大小により、点Oにおける太陽電池動作点が最大電力点
MAX(E5)からどの程度離間しているのかを判断して、
電流指令信号Irefの振幅Rの増加量を決定している。
【0100】具体的には、電圧変化率αOが大きいほ
ど、点Oにおける太陽電池動作点が最大電力点W
MAX(E5)から離間していると判断して振幅Rの増加量を
増やし、これによって、最大電力点WMAX(E5)より離間
した太陽電池動作点を速やかに最大電力点WMAX(E5)
で移動させる。ただし、このようにして、最大電力点W
MAX(E5)より大きく開放電圧側に移動してしまった太陽
電池動作点を最大電力点WMAX(E5)まで急速に復帰させ
る操作は、点Oから所定の時間経過した点Pまでの期間
(このインバータ装置1では、点Oから点Pまで期間を
周期Tの1周期としている)のみ行い、点P以降は、徐
々に振幅Rを増加させる通常の操作に切り替える。これ
は、開放電圧側に位置する太陽電池動作点を急速に最大
電力点WMAX(E5)付近に復帰させる上記操作を長期間行
えば、太陽電池動作点が最大電力点WMAX(E5)を越えて
短絡電流側に大きく移行する恐れがあるためである。
【0101】また、上述した操作(開放電圧側に位置す
る太陽電池動作点を急速に最大電力点WMAX(E5)付近に
復帰させる操作)を行うに際して、電圧変化率αの上限
値β’は次のようにして設定される。すなわち、開放電
圧側に位置する太陽電池動作点を急速に最大電力点W
MAX(E5)付近に復帰させる操作においては、振幅Rを通
常より大きく増加させるため、太陽電池動作点が最大電
力点WMAX(E5)より開放電圧側にあるにもかかわらず、
先に設定した上限値βを越えてしまうことがある。この
ような状態になれば、電圧変化監視部17は、太陽電池
動作点が最大電力点WMAX(E5)より短絡電流側に位置す
ると誤判断を下してしまう。そこで、上限値βの設定に
際して用いた許容電圧変化ΔVより大きな許容電圧変化
ΔV’を設定し、この許容電圧変化ΔV’を周期Tで除
算した値ΔV’/Tを上限値β’として設定する。この
ようにして上限値β’を別途設定して、電圧変化監視部
17に記憶させて用いることで、太陽電池動作点の位置
の誤判断を防止している。
【0102】以上の操作を行うことにより、最大電力点
MAX(E5)よりも開放電圧側にあり、さらに最大電力点
MAX(E5)よりも大きく離れている太陽電池動作点を、
電流基準信号Irefの振幅Rを徐々に増加させる通常の
操作に比べて、迅速に最大電力点WMAX(E5)に近づける
ことができる。
【0103】なお、本実施の形態の説明では、PWM変
調制御部15、制御量演算部14、電圧変化監視部1
7、折返し制御部18をブロック図で示しているが、こ
れらをソフトウエアで構成することもできる。
【0104】さらには、太陽電池動作点が開放電圧側か
ら最大電力点を越えて短絡電流側に移動したことを判断
する方法として、サンプリングタイムt毎の電圧変化率
αが上限値βを上回るか否かを監視しているか、電圧変
化率αの代わりにサンプリングタイムt毎に動作点電圧
Mが電圧下限値VUを下回るか否かを監視するようにし
てもよい。
【0105】さらに、上記した実施の形態では上限値β
は、予め設定しておいた値として電圧変化監視部17で
記憶させたが、日射強度や素子温度等の環境変化により
可変となる値としてもよい。
【0106】実施の形態2図8は本発明の実施の形態2
のインバータ装置20を示すものである。このインバー
タ装置20は基本的にはインバータ装置1と同様の構成
を備えており、同―ないし、同様の部分には同―の符号
を付し、それらについての詳細な説明は省略する。
【0107】インバータ装置20は制御回路21におい
て、電圧変化監視部22とともに誤差監視部23を有す
ることに特徴があり、さらには、制御量演算部24の構
成にも特徴がある。
【0108】誤差監視部23は次のような操作を行って
いる。すなわち、インバータ装置20は高周波インバー
タブリッジ5のスイッチング素子Q1〜Q4をオン/オ
フ制御動作を、インバータ出力電流信号Ioutと制御量
演算部24で設定された電演指令信号Irefとの間の誤
差Gがなくなるように制御している。そこで、前記誤差
Gを誤差監視部23で監視しておき、この誤差Gが所定
時間内にほぼなくなる場合には、太陽電池動作点が最大
電力点WMAXよりも開放電圧側にあると判断する。一
方、この誤差が、所定時間内になくならずに存続する場
合には、太陽電池動作点か最大電力点WMAXよりも短絡
電流側にあると判断する。
【0109】制御量演算部24は基本的には次のような
操作を行っている。すなわち、図9に示すように、任意
の周期Tを設定し、この周期Tを期間T1,T2の二つに
分割し、先の期間T1においては、電流指令信号Iref
振幅Rを一定の増加率で徐々に増加させ、後の期間T2
においては、先の期間T1によって増加させた電流指令
信号Irefの振幅Rを維持して変化させないようにして
いる。このような周期Tを繰り返すことで、電流指令信
号Irefの振幅Rを徐々に増加させている。
【0110】制御量演算部24は、周期Tを振幅Rを増
加させる期間T1と振幅Rを変化させない期間T2とに分
割することで、電圧変化監視部22による電圧変化の監
視と誤差演算部23による誤差Gの監視とを両立できる
ようにしている。すなわち、振幅Rを徐々に増加させる
操作を行った状態では、誤差Gが存続し、したがって、
誤差監視部23では、太陽電池動作点の位置を判断する
ことはできない。これに対して、日射強度が安定してい
る条件において振幅Rを徐々に増加させる操作を行わな
い状態では、太陽電池動作点の電圧が規則性をもって減
少することがなく、したがって、電圧変化監視部22で
は、太陽電池動作点の位置を判定することができない。
【0111】そこで、周期T全般において、太陽電池動
作点電圧の減少具合を電圧変化監視部22で監視するこ
とで、太陽電池動作点の位置を判定する。一方、振幅R
を変化させない期間T2において、電流指令信号Iref
インバータ出力電流信号Ioutとの間の誤差が所定時間
内になくなるか否かを監視することで太陽電池動作点の
位置を判定する。
【0112】このように、インバータ装置20では、誤
差監視部23をさらに備えることで、上記誤差を監視し
て太陽電池動作点を最大電力点に追従する方法と、単位
時間あたりの太陽電池動作点の電圧変化を監視して太陽
電池動作点を最大電力点に追従する方法とを併用してい
る。
【0113】まず、電圧変化監視部22による太陽電池
動作点の位置判断操作を説明する。電圧変化監視部22
では、単位時間あたりの動作点電圧VMの電圧変化(以
下、電圧変化率αという)が上限値βを超過するか否か
を、サンプリングタイムt毎に監視している。上限値β
は次のようにして設定する。すなわち、太陽電池動作点
が最大電力点WMAXより開放電圧側にある状態で期間T1
の間だけある一定の増加率で振幅Rの拡幅制御を行った
際に生じる電圧変化を電圧変化ΔV’とし、この電圧変
化ΔV’より僅かに大きい電圧変化を許容電圧変化ΔV
として設定する。そして、このようにして設定した許容
電圧変化ΔVを期間T1で除算した値ΔV/T1を上限値
βとして設定する(β=ΔV/T1)。
【0114】電圧変化監視部22は、上限値βを記憶し
たうえで電圧変化率αを監視する。電圧変化率αの監視
は具体的には次のようにして行う。ここでは、図10に
示すように、日射強度が大きく安定している状態E6で
の太陽電池電力−電圧特性曲線PV(E6)上におい
て、太陽電池動作点が最大電力点WMAX(E6)よりも開放
電圧側の点Qから、同じく最大電力点より開放電圧側の
点S(点S2)に移動したのち、最大電力点WMAXより
若干短絡電流側の点S3(点X)に移動し、さらに短絡
電流側にある点Yに移動した場合を想定して説明する。
【0115】電圧変化監視部22では、期間T1の開始
時(点Q)の動作点電圧VM(Q)の値を電圧基準VSTとし
て記憶しておく。この状態で、制御量演算部24が期間
1の間、電流指令信号Irefの振幅Rを一定の増加率で
徐々に増加させる制御を行うと、太陽電池動作点は太陽
電池電力−電圧特性曲線PV(E6)上を移動し、それ
に伴い、太陽電池動作点電圧VMは低下していく。
【0116】このとき、電圧変化監視部22では、サン
プリングタイムt(1〜n)毎に、電圧変化率α(1〜n)を計
算する。電圧変化率α(1〜n)は、次のようにして計算さ
れる。ここでは、期間T1の開始時(点Q)からi番目
のサンプリングタイムti経過時(点Qi)の電圧変化率
αiを例として説明する。すなわち、電圧基準VST(点
Qでの動作点電圧VM(Q)が相当する)から、期間T1
開始時から数えてi番目のサンプリングタイムtiを経
過した時点(点Qi)での動作点電圧VM(i)を減算する
ことで電圧変化ΔVi(=VST−VM(i))を求める。そ
して、求めた電圧変化ΔViを周期T開始時からi番目
のサンプリングタイムtiまでの経過時間Pで除算す
ることで、電圧変化率α(=ΔVi/Pi)を求める。
【0117】電圧変化監視部22では、このようにして
求めた電圧変化率αiと上限値βとの大小の比較、およ
び電圧変化の方向により太陽電池動作点の位置を判定す
る。すなわち、電圧変化の方向がマイナス(VST>V
M(i))であって、αi<βである場合には、サンプリン
グタイムti経過後(点Qi)の太陽電池動作点が最大電
力点WMAX(E6)よりも開放電圧側にあると判断する。一
方、電圧変化の方向がマイナス(VST>VM(i))であっ
て、αi>βである場合には、サンプリングタイムti
過後(Qi)の太陽電池動作点が最大電力点WMAX(E6)
りも短絡電流側にあると判断する。
【0118】α<βである場合の操作 太陽電池動作点が、共に最大電力点WMAX(E6)より開放
電圧側にある点Qから点Qiに移動すると、点Qiにおい
て、VST>VM(i)(=電圧変化の方向がマイナス)であ
って、αi<βとなる。電圧変化監視部22は、このよ
うな状態を検知すると、点Qiでの太陽電池動作点が最
大電力点WMAX(E6)よりも開放電圧側にあると判断し、
その旨を知らせる信号を制御量演算部24に出力する。
制御量演算部14では、この信号に基づいて、電流指令
信号Irefの振幅Rを徐々に増加させる操作を継続し、
太陽電池動作点は最大電力点WMAX(E6)に近づいてい
く。
【0119】このような状態が期間T1だけ続くと、電
圧変化監視部22は電圧基準VSTを更新する。電圧基準
STの更新は、期間T1経過時(点S)の動作点電圧
(VM(S))を次の電圧基準VSTとして更新記憶すること
で行われる。
【0120】電圧基準VSTを更新したのち、制御量演算
部14では、期間T2の間、電流指令信号Irefの振幅R
を変化させない操作に切り替わる。すると、電流指令信
号Irefの振幅Rが徐々に増加しなくなるので、動作点
電圧が減少することはなくなる。したがって、電圧変化
監視部22では、太陽電池動作点の位置を判断できなく
なる。そのため、期間T2では、誤差監視部23が太陽
電池動作点の位置の判断を行うことになるが、これにつ
いては後述する。
【0121】α>βである場合の操作 図10において、最大電力点WMAX(E6)付近(若干短絡
電流側)に位置する点X(なお、ここでは、説明を容易
にする都合上、点Xを期間T1の開始タイミングに同期
した時点に設定している)で電流指令信号Irefの振幅
Rの拡幅操作を継続すると、太陽電池2に対して取り出
せる最大電力以上の電力を要求することになり、太陽電
池動作点は短絡電圧側に引っ張られて点Xから点Yヘ移
動する。この時、動作点電圧VMは時間とともに大きく
減少する方向に変化する。
【0122】このような動作点電圧VMの変化を電圧変
化監視部22において検出する。すなわち、図9におい
て、点Xでの電圧基準VST(=動作点電圧VM(X))から
点Yでの動作点電圧VM(Y)を減算することで電圧変化Δ
Y(=VST−VM(Y))を求める。そして、求めた電圧
変化ΔVYを点Xから点Yまでの経過時間Plで除算する
ことで、電圧変化率αY(=ΔVY/Pl)を求める。
【0123】電圧変化監視部22では、このようにして
求めた電圧変化率αYと上限値βとの比較、および電圧
変化の方向に基づいて、次のような判断を行う。すなわ
ち、この場合では、太陽電池動作点の電圧が時間ととも
に大きく減少するため、VST>VM(Y)(=電圧変化の方
向がマイナス)であって、αY>βとなる。このことを
検出した電圧変化監視部22では、αY>βとなる点Y
での太陽電池動作点が最大電力点WMAX(E6)よりも短絡
電流側にあると判断する。
【0124】電圧変化監視部22は、太陽電池動作点が
最大電力点WMAX(E6)よりも短絡電流側にあると判断す
ると、期間T1の終了を待つことなく、電圧変化率αY
上限値βを越えたことを検出された瞬間(=点Y)にお
いて、制御量演算部24に対してその旨を知らせる信号
を出力する。制御量演算部24はこの信号に基づいて、
瞬時にインバータの出力を減少させる、すなわち電流指
令信号Irefの振幅Rを減少させる操作に切り替える。
【0125】制御量演算部24が、電流指令信号Iref
の振幅Rを減少させる操作を継続すると、太陽電池動作
点は最大電力点WMAX(E6)より短絡電流側の位置から、
最大電力点WMAX(E6)に向かって移動し、最後には、最
大電力点WMAX(E6)より開放電圧側の位置まで移動す
る。
【0126】太陽電池動作点が最大電力点WMAX(E6)
越えて開放電圧側に移動したことは次のようにして判定
される。すなわち、短絡電流側→最大電力点→開放電圧
側に向かって太陽電池動作点が移動すると、動作点電圧
Mは上昇する。そこで、電圧変化監視部22では、電
圧基準VST(=VM(X))から許容電圧変化ΔVを減算す
ることで電圧下限値VU(=VST−ΔV)を算出する。
そして、サンプリングタイムt毎に検出する動作点電圧
Mと電圧下限値VUとを比較し、VM<VUであるなら
ば、太陽電池動作点は、最大電力点WMAX(E6)より短絡
電流側にまだ位置していると判断し、その旨を知らせる
信号を制御量演算部24に出力する。すると、制御量演
算部24では、電流指令信号Irefの振幅Rを減少させ
る操作を継続し、これにより、太陽電池動作点は開放電
圧側に向けてさらに移動する。
【0127】一方、VM>VUとなる(図10では点X2
が相当する)と、太陽電池動作点が開放電圧側に向けて
移動した結果、最大電力点WMAX(E6)を越えて開放電圧
側に移動したと判断して、その旨を知らせる信号を制御
量演算部24に出力する。すると、制御量演算部24で
は、電流指令信号Irefの振幅Rを減少させる操作を停
止して、反対に電流指令信号Irefの振幅Rを増加させ
る操作に切り替える。このとき、電圧変化監視部22は
M>VUとなった時点(点X2)での動作点電圧V
M(X2)を電圧基準VSTとして更新する。
【0128】以上のような操作を繰り返して行うことに
より、最大電力点WMAX(E6)よりも短絡電流側にある太
陽電池動作点を瞬時に最大電力点WMAX(E6)よりも開放
電圧側に移動させる。
【0129】また、制御量演算部24では、電流指令信
号Irefの振幅Rを減少操作する際において、振幅Rの
減少操作を開始する判断を下した際の電圧変化率αY
大小に応じて、電流指令信号Irefの振幅Rの減少幅が
設定されるのは、前述した実施の形態1のインバータ装
置1と同様である。
【0130】次に、日射強度が大きい状態(E7)から
日射強度が小さい状態(E8)に急変した場合の最大電
力点追従制御を図11参照して説明する。図11は各日
射強度(E7,E8)の状態における電圧と電力ないし
電流との間の相関関係を示す図であり、符号PV(E
7),PV(E8)を付した曲線は、日射強度E7,E
8の状態における太陽電池電力−電特性曲線であり、符
号IV(E7),IV(E8)を付した曲線は日射強度
E7,E8の状態における太陽電池電流−電圧特性曲線
を示している。
【0131】太陽電池電力−電圧特性曲線PV(E7)
上で太陽電池動作点が最大電力点WMAX(E7)を追従して
いる状態(点γ)において、日射強度がE7からE8に
瞬時に変化すると、太陽電池動作点は点γから太陽電池
電力−電圧特性曲線PV(E8)上の点δに瞬時に移動
する。この理由は次のとおりである。図11において、
太陽電池電力ー電圧特性曲線PV(E7)上の動作点が
点γに位置する状態では、太陽電池電流―電圧特性曲線
IV(E7)上の動作点は、点γと同電圧のポイントで
ある点γ’となる。このとき、太陽電池2に接続された
負荷の特性曲線はL3であり、点γ’と負荷の特性曲線
L3とは交差している。
【0132】この状態で、日射強度E7がE8に瞬時に
変化すると、太陽電池動作点は太陽電池電流−電圧特性
曲線IV(E7)上の点γ’から、負荷特性曲線L3と
太陽電池電流−電圧特性曲線IV(E8)との交点であ
る点δ’に移動する。したがって、太陽電池電力−電圧
特性曲線PV(E8)上では、太陽電池動作点が点δ’
と同電圧である点δに移動することになる。
【0133】このように日射強度が急減すると、電流指
令信号Irefの振幅Rと太陽電池動作点電圧の変化は図
12のようになる。すなわち、日射強度が急減する前は
太陽電池電力−電圧特性曲線PV(E7)上で太陽電池
動作点が最大電力点WMAX(E7)を追従しており、点γま
で太陽電池動作点電圧は時間とともに減少変化してい
る。この状態で日射強度E7がより小さい日射強度E8
に急減すると、このことを電圧変化監視部22は次のよ
うにして判断する。すなわち、電圧変化監視部22で
は、点γから点δまでの経過時間Pnにおける電圧変化
率αδを求める。電圧変化率αδは、前述した説明と同
様、点γでの電圧基準VST(=動作点電圧VM(γ))か
ら点δでの動作点電圧VM(δ)を減算することで電圧変
化ΔVδ(=VST−VM(δ))を求める。そして、求め
た電圧変化ΔVδを経過時間Pnで除算することで、電
圧変化率αδ(=ΔVδ/Pn)を求める。
【0134】電圧変化監視部22では、求めた電圧変化
率αδと予め記憶している上限値βとを比較する。この
場合では、太陽電池動作点の電圧が時間とともに大きく
減少するため、VST>VM(δ)(=電圧変化の方向がマ
イナス)であって、αδ>βとなるので、電圧変化率監
視部22は点δでの太陽電池動作点は最大電力点W
MAX(E8)よりも短絡電流側にあると判断する。そして、
太陽電池動作点が短絡電流側にあると判断した際の期間
(図12では、このような判断を下した期間を期間T1
としているが、期間T2の場合も同様である)の終了を
待たずに電圧変化率αが上限値βを越えた瞬間(点δ)
において、制御量演算部24にその旨を知らせる信号を
出力する。
【0135】制御量演算部24は電圧変化監視部22か
ら送られた信号に基づいて、瞬時にインバータの出力を
減少させる、すなわち電流指令信号Irefの振幅Rを減
少させる操作に切り替える。そして、制御量演算部24
が、電流指令信号Irefの振幅Rを減少させる操作を継
続すると、太陽電池動作点は最大電力点WMAX(E8)より
短絡電流側の位置から、最大電力点WMAX(E8)に向かっ
て移動し、最後には、最大電力点WMAX(E8)より開放電
圧側の位置まで移動する。
【0136】太陽電池動作点が最大電力点WMAX(E8)
越えて開放電圧側に移動したことは次のようにして判断
される。すなわち、短絡電流側→最大電力点→開放電圧
側に向かって太陽電池動作点が移動すると、動作点電圧
Mは上昇する。電圧変化監視部22では、電圧基準V
ST(=VM(γ))から許容電圧変化ΔVを減算すること
で電圧下限値VU(=VST−ΔV)を算出する。そし
て、動作点電圧VMと電圧下限値VUとを比較し、VM
Uであるならば、太陽電池動作点は、最大電力点W
MAX(E8)より短絡電流側にまだ位置していると判断し、
その旨を知らせる信号を制御量演算部24に出力する。
すると、制御量演算部24では、電流指令信号Iref
振幅Rを減少させる操作を継続し、これにより、太陽電
池動作点は開放電圧側に向けてさらに移動する。
【0137】一方、VM>VUとなる(図12では点γ2
が相当する)と、太陽電池動作点が開放電圧側に向けて
移動した結果、最大電力点WMAX(E8)を越えて開放電圧
側に移動したと判断して、その旨を知らせる信号を制御
量演算部24に出力する。すると、制御量演算部24で
は、電流指令信号Irefの振幅Rを減少させる操作を停
止して、電流指令信号Irefの振幅Rを増加させる操作
に切り替える。このとき、電圧変化監視部22はV
M(γ2)>VUとなった時点(点γ2)での動作点電圧V
M(γ2)を電圧基準VSTとして更新する。
【0138】以上のような操作を行うことにより、最大
電力点WMAX(E8)よりも短絡電流側にある太陽電池動作
点を瞬時に最大電力点WMAX(E8)よりも開放電圧側に移
動させることができ、日射強度が急減した状態において
も、迅速に、太陽電池動作点を最大電力点WMAX(E8)
追従させることができる。
【0139】インバータ装置20は、電流指令信号I
refの振幅Rを減少させる操作で、太陽電池動作点を開
放電圧側に移動させるのであるが、このような操作に際
して、電流指令信号Irefの振幅Rの減少幅は、振幅R
を減少操作する判断を下した際の電圧変化率αδの大小
に応じて設定される。すなわち、電圧変化率αδが大き
ければ大きいほど、電流指令信号Irefの振幅Rを大き
く減少させる。逆に電圧変化率αδが小さければ小さい
ほど電流指令信号Irefの振幅Rを小さく減少させる。
これにより、最大電力点WMAX(E8)より短絡電流側に移
動した太陽電池動作点を迅速に開放電圧側に移動させる
ことができる。このことは実施の形態1で説明した通り
である。
【0140】次に、日射強度が小さい状態E9から日射
強度が大きい状態E10に急変した場合の最大電力点追
従制御を図13を参照して説明する。図13は各日射強
度(E9,E10)の状態における電圧と電力ないし電
流との間の相関関係を示す図であり、符号PV(E
9),PV(E10)を付した曲線は、日射強度E9,
E10の状態における太陽電池電力−電圧特性曲線であ
り、符号IV(E9),IV(E10)を付した曲線は
日射強度E9,E10の状態における太陽電池電流−電
圧特性曲線を示している。
【0141】太陽電池電力−電圧特性曲線PV(E9)
上の動作点が最大電力点を追従している状態(点ζ)
で、日射強度E9がE10に瞬時に変化すると、太陽電
圧動作点は点ζから太陽電池電力−電圧特性曲線PV
(E10)上の点ηに瞬時に移動する。この理由は次の
とおりである。図13において、太陽電池電力ー電圧特
性曲線PV(E9)上の動作点が点ζに位置する状態で
は、太陽電池電流―電圧特性曲線IV(E9)上の動作
点は、点ζと同電圧のポイントである点ζ’となる。こ
のとき、太陽電池2に接続された負荷の特性曲線はL4
であり、点ζ’と負荷の特性曲線L4とは交差してい
る。
【0142】この状態で、日射強度E9がE10に瞬時
に変化した場合には、太陽電池動作点は太陽電池電流−
電圧特性曲線IV(E9)上の点ζ’から負荷特性曲線
L4と太陽電池電流−電圧特性曲線IV(E10)との
交点である点η’に移動する。したがって、太陽電池電
力−電圧特性曲線PV(E10)上では、太陽電池動作
点は、点η’と同電圧である点ηに移動することにな
る。
【0143】このようにして日射強度が急増すると、電
流指令信号Irefの振幅Rと太陽電池動作点電圧の変化
は図14のようになる。すなわち、日射強度が急増する
前は太陽電池電力−電圧特性曲線PV(E9)上で太陽
電池動作点が最大電力点WMAX(E9)を追従しており、点
ζまで太陽電池動作点電圧は時間とともに減少変化して
いる。この状態で日射強度E9がより大きい日射強度E
10に急増すると、このことを電圧変化監視部22は次
のようにして判断する。すなわち、点ζより期間T1
しくは期間T2だけ経過した時点が点ηであり、点ζか
ら点ηに時間が経過する間に、日射強度E9がより大き
な日射強度E10に急増したとする。なお、図14で
は、例として、振幅Rを増加させない期間T2の間に、
日射強度E9がより大きな日射強度E10に急増した場
合を示しているが、振幅を徐々に増加させる期間T1
間に、日射強度E9がより大きな日射強度E10に急増
した場合も同様である。
【0144】点ζから点ηに時間が経過する間に、日射
強度E9がより大きな日射強度E10に急増したとする
と、点ηの動作点電圧VM(η)は点ζで設定した電圧基
準VST(=VM(ζ))よりΔVηだけ大きく増加する。
【0145】電圧変化監視部22では、点ηでの動作点
電圧VM(η)が基準電圧VST(=VM(ζ))より大きい
(VM(η)>VST)ことを検知すると、次にように判断
する。すなわち、点ηの太陽電池動作点は最大電力点V
MAX(E10)よりも開放電圧側にあり、しかも、点ηの太陽
電池動作点と最大電力点VMAX(E10)との間は、点ζの太
陽電池動作点と最大電力点VMAX(E9)との間よりさらに
離間している。
【0146】このような判断をした電圧変化監視部22
は、この旨を知らせる信号を制御量演算部24に出力す
る。すると、制御量演算部24では、電流指令信号I
refの振幅Rを通常より大きく増加させ、これによっ
て、太陽電池動作点を迅速に最大電力点VMAX(E10)まで
移動させる。
【0147】以上のようにして、日射強度が急増した状
態における太陽電池動作点の位置を判断しているのであ
るが、電圧変化監視部22は、このときの電圧変化率α
η=(VM(η)−VM(ζ))/(T2 OR1)を算出し、
電圧変化率αη の大小により、点ηにおける太陽電池
動作点が最大電力点VMAX(E10)からどの程度離間してい
るのかを判断して、電流指令信号Irefの振幅Rの増加
量を決定し、これによって、最大電力点WMAX(E10)より
離間した太陽電池動作点を速やかに最大電力点W
MAX(E10)まで移動させている。このことは、実施の形態
1で説明した通りである。
【0148】また、上述した操作(開放電圧側に行き過
ぎた太陽電池動作点を急速に最大電力点WMAX(E10)付近
に復帰させる操作)を行うに際して、電圧変化率αの上
限値β’は次のようにして設定される。すなわち、開放
電圧側に位置する太陽電池動作点を急速に最大電力点W
MAX(E10)付近に復帰させる操作においては、振幅Rを通
常より大きく増加させるため、太陽電池動作点が最大電
力点WMAX(E10)より開放電圧側にあるにもかかわらず、
先に設定した上限値βを越えてしまうことがある。この
ような状態になれば、電圧変化監視部22は、太陽電池
動作点が最大電力点WMAX(E10)より短絡電流側に位置す
ると誤判断を下してしまう。そこで、上限値βの設定に
際して用いた許容電圧変化ΔVより大きな許容電圧変化
ΔV’を設定し、この許容電圧変化ΔV’を期間T1
除算した値ΔV’/T1を上限値β’として設定する。
このようにして上限値β’を別途設定して、電圧変化監
視部17に記憶させて用いることで、太陽電池動作点の
位置の誤判定を防止している。
【0149】以上の操作を行うことにより、最大電力点
MAX(E10)よりも開放電圧側にあり、さらに最大電力点
MAX(E10)よりも大きく離れている太陽電池動作点を、
電流基準信号Irefの振幅Rを徐々に増加させる通常の
操作に比べて、迅速に最大電力点WMAX(E10)に近づける
ことができる。
【0150】次に、誤差監視部23による誤差監視操作
を説明する。期間T1の間、制御量演算部24やPWM
変調制御部15が、電流指令信号Irefの振幅Rを徐々
に増加させつつ、インバータ出力電流信号Ioutの波形が
電流指令信号Irefの波形に近づくPWM変調制御を行
うと、期間T1終了直後では、電流指令信号Irefの振幅
Rとインバータ出力電流信号Irefの振幅rとの間に
は、図15(a)に示す誤差Gが残存する。
【0151】この状態で、引き続いて期間T2の間、期
間T1終了時の電流指令信号Irefの振幅Rを維持しつ
つ、誤差Gだけがなくなる、すなわち、インバータ出力
電流信号Ioutの波形が限りなく電流指令信号Irefの波
形に近づくPWM変調制御を行う。そして、このような
制御を行う期間T2において、誤差監視部23では、電
流指令信号Irefの振幅Rとインバータ出力電流信号I
outの振幅rとの間に誤差Gが所定の時間T3(所定の時
間T3≦期間T2)になくなるか否かを監視する。そし
て、誤差Gが所定時間T3の間になくなるのであれば、
太陽電池動作点は、最大電力点WMAXより開放電圧側に
あると判断する。反対に、所定の時間T3を経過しても
誤差Gがなくならない場合には、太陽電池動作点は最大
電力点WMAXより短絡電流側にあると判断する。
【0152】例えば、図9,図10に示すように、最大
電力点WMAXより開放電圧側に位置する点Sは、点Qか
ら点Sまでの期間T1の間、電流指令信号Irefの振幅R
が一定の増加率で増加し続けた直後の太陽電池動作点で
あり、点Sでは、電流指令信号Irefの振幅Rとインバ
ータ出力電流信号Ioutの振幅rとの間には、上述した
誤差Gが残存している。この状態で、引き続いて期間T
2の間(点S→点S2)、制御量演算部24やPWM変
調制御部15が、電流指令信号Irefの振幅Rをそのま
ま維持しつつ、インバータ出力電流信号Ioutの波形が
電流指令信号Irefの波形に近づくPWM変調制御を行
うと、所定の時間T3(T3≦T2)経過後では、電流指
令信号Irefの振幅Rとインバータ出力電流信号Iref
振幅rとの間には、図15(b)に示すように、誤差G
がほとんんどなくなってしまう。そのため、誤差監視部
23では、所定の時間T3 経過後に誤差Gがほとんどな
くなってしまうことを検知すると、太陽電池動作点は、
最大電力点WMAXより開放電圧側に位置していると判断
する。
【0153】一方、例えば、図9,図10に示す点S3
は、点S2ら点S3までの期間T2の間、電流指令信号
refの振幅Rが一定の増加率で増加し続けた結果、開
放電圧側から最大電力点WMAXを越えて、若干ながら短
絡電流側に移動した直後の太陽電池動作点であって、電
圧変化率αはそれほど大きくなっておらず、上限値βを
越えていない状態である。さらには、この点S3では、
点Sと同様、電流指令信号Irefの振幅Rとインバータ
出力電流信号Ioutの振幅rとの間には、上述した誤差
Gが残存している。この状態で、引き続いて期間T2
間(点S3→点X)、制御量演算部24やPWM変調制
御部15が、電流指令信号Irefの振幅Rをそのまま維
持しつつ、インバータ出力電流信号Ioutの波形が電流
指令信号Irefの波形に近づくPWM変調制御を行う
と、所定の時間T3(T3≦T2)を経過しても、電流指
令信号Irefの振幅Rとインバータ出力電流信号Iref
振幅rとの間には、図15(c)に示すように、誤差G
が残存してしまう。そのため、誤差監視部23では、所
定の時間T3経過後においても誤差Gが残存することを
検知すると、太陽電池動作点は、開放電圧側から最大電
力点WMAXを越えて短絡電流側に移動したと判断する。
【0154】誤差監視部23は、以上のようにして太陽
電池動作点の位置を判断するのであるが、太陽電池動作
点を最大電力点WMAXに向けて移動させる操作は、電圧
変化監視部22の太陽電池位置判断操作の後に行う太陽
電池動作点の移動操作と同様であるので、その説明は省
略する。
【0155】電圧変化監視部22と誤差監視部23とを
併用して、太陽電池動作点の位置を判定しているインバ
ータ装置20は次のような特徴がある。すなわち、日射
強度が急変する場合には、誤差監視部22に比べて、電
圧監視部22の方が速やかに太陽電池動作点の位置を判
定することができる。一方、日射強度が安定している場
合には、電圧監視部22に比べて、誤差監視部23の方
が、速やかに太陽電池動作点の位置を判定することがで
きる。そのため、電圧監視部22と誤差監視部23とを
併設しているインバータ装置20は、日射強度が安定し
ている場合であっても、日射強度が急変した場合であっ
ても速やかに太陽電池動作点の位置を判定して最大電力
点WMAXに追従させることができる。以下、このことを
詳細に説明する。
【0156】電流指令信号Irefの振幅Rとインバータ
出力電流信号Ioutの振幅rとの間の誤差Gの監視は周
期T毎に行っているので、日射強度が急変して太陽電池
動作点が短絡電流側に移動したことを誤差監視部23が
判断するのには時間がかかる。
【0157】これに対して、動作点電圧VMは、日射強
度が急変するとそれに対応して速やかに変化する。その
ため、動作点電圧VMの電圧変化率αや電圧変化の方向
(プラス,マイナスどちら側に変化するのか)を基にし
て太陽電池動作点の位置を判定している電圧変化監視部
22では、日射強度が急変した場合であっても、太陽電
池動作点の位置を速やかに判定することができる。この
ように、日射強度が急変した場合には、電圧変化監視部
22の方が、誤差監視部23に比べて速やかに太陽電池
動作点の位置を判定することができる。
【0158】一方、電圧変化監視部22において、開放
電圧側における電圧変化率αの上限として設定される上
限値βは、電圧変化率αの計算上の上限値β’に対して
ある程度の余裕をもって設定されている(β−β’≠
0)。これは、上限値βを計算上の値β’と同一に設定
すると、動作点電圧VMの検出等において、検出誤差等
により測定した電圧値が実際の電圧値より小さくなった
場合、太陽電池動作点が最大電力点WMAXより開放電圧
側にあるにもかかわらず、短絡電流側にあると誤判断を
下すことがある。このような誤判断を防止するために、
上限値βは計算上の上限値β’より若干大きい目に設定
せざるを得ない。
【0159】これに対して、最大電力点WMAX付近にお
ける動作点電圧の変化は小さく、太陽電池動作点が最大
電力点WMAXを越えて若干ながら短絡電流側に移動した
としても、そのときの電圧下降量λは極微小なものとな
る。そのため、電圧変化監視部22は、電圧下降量λが
上限値βの余裕分を越えて(λ>β−β’となって)初
めて、太陽電池動作点が最大電力点WMAXを越えて短絡
電流側に移動したと判断できる。つまり、電圧変化監視
部22は、太陽電池動作点が最大電力点WMAXを越えて
短絡電流側に移動したとしても、電圧下降量λが上限値
βの余裕分を越える(λ≦β−β’)までは、短絡電流
側に移動したと判断できず、最大電力点WMAXを越えた
か否かの判定に若干の時間差が生じてしまう。したがっ
て、このような判断の時間差が生じる分、安定な日射強
度における電圧変化監視部22の太陽電池動作点の位置
判定精度は、若干ながら低下せざるを得ない。
【0160】これに対して、太陽電池動作点が最大電力
点WMAXを越えて短絡電流側に移動した直後から、電流
指令信号Irefの振幅Rとインバータ出力電流信号Iout
の振幅rとの間の誤差Gは存続する。つまり、太陽電池
動作点が最大電力点WMAXを越えて短絡電流側に移動す
ることと、誤差Gが存続することとは、ほとんど同時に
発生する。そのため、誤差Gが存続するか否かで、太陽
電池動作点の位置を判定している誤差監視部23では、
日射強度が安定している状態で、太陽電池動作点が最大
電力点WMAXを越えて短絡電流側に移動したことを瞬時
に判定することができる。このように、日射強度が安定
している場合には、誤差監視部23の方が、電圧変化監
視部22に比べて速やかに太陽電池動作点の位置を判定
することができる。
【0161】実施の形態3 上記した実施の形態2では、電圧変化監視部22と誤差
監視部23とにより誤差Gが収束したか否かで太陽電池
動作点の位置を判定していたが、このインバータ装置3
0では、制御回路31において、誤差監視部23に代え
てパルス幅監視部32を備えており、このパルス幅監視
部32と電圧変化監視部22とにより太陽電池動作点の
位置を判定している。なお、このインバータ装置30
は、パルス幅監視部32以外の構成およびその動作は実
施の形態2のインバータ装置20と同様であり、それら
についての説明は省略する。
【0162】バルス幅監視部32には、PWM変調制御
部15で得られたパルス列信号PLが入力されており、
パルス幅監視部32は入力されたパルス列信号PLのパ
ルス幅PWを常時監視している。パルス列信号PLのパ
ルス幅PWは太陽電池2の出力電力の変化に応じた所定
の規則性をもって変動するので、パルス幅PWの変化を
監視することにより、太陽電池出力特性曲線上の動作点
が最大電力点より開放電圧側にあるのか、短絡電流側に
あるのかを判断する。
【0163】すなわち、期間T1の間、制御量演算部2
4やPWM変調制御部15が、電流指令信号Irefの振
幅Rを徐々に増加させつつ、インバータ出力電流信号I
outの波形が電流指令信号Irefの波形に近づくPWM変
調制御を行うと、期間T1終了直後では、電流指令信号
refの振幅Rとインバータ出力電流信号Irefの振幅r
との間には、図15(a)に示す誤差Gが残存する。
【0164】この状態で、引き続いて期間T2の間、期
間T1終了時の電流指令信号Irefの振幅Rを維持しつ
つ、誤差Gだけがなくなる、すなわち、インバータ出力
電流信号Ioutの波形が限りなく電流指令信号Irefの波
形に近づくPWM変調制御を行う。そして、このような
制御を行う期間T2において、パルス幅監視部32で
は、パルス列信号PLのパルス幅PWが所定の時間T
3(所定の時間T3≦期間T2)内に、安定したパルス幅
に収束するか否かを監視する。そして、パルス幅PW
が所定時間T3の間に安定したパルス幅に収束するので
あれば、太陽電池動作点は、最大電力点WMAXより開放
電圧側にあると判断する。反対に、所定時間T3を経過
してもパルス幅PWが安定したパルス幅に収束しないの
であれば、太陽電池動作点は最大電力点WMAXより短絡
電流側にあると判断する。
【0165】例えば、図9,図10に示すように、最大
電力点WMAXより開放電圧側に位置する点Sは、点Qか
ら点Sまでの期間T1の間、電流指令信号Irefの振幅R
が一定の増加率で増加し続けた直後の太陽電池動作点で
あり、点Sでは、電流指令信号Irefの振幅Rとインバ
ータ出力電流信号Ioutの振幅rとの間には、上述した
誤差Gが残存している。この状態で、引き続いて期間T
2の間(点S→点S2)、制御量演算部24やPWM変
調制御部15が、電流指令信号Irefの振幅Rをそのま
ま維持しつつ、インバータ出力電流信号Ioutの波形が
電流指令信号Irefの波形に近づくPWM変調制御を行
うと、所定の時間T3(T3≦T2)経過後では、電流指
令信号Irefの振幅Rとインバータ出力電流信号Iref
振幅rとの間には、図15(b)に示すように、誤差G
がほとんどなくなってしまい、これに伴って、パルス列
信号PLのパルス幅PWは安定したパルス幅に収束して
してしまう。そのため、パルス幅監視部32では、パル
ス幅PWが所定の時間T3を経過した後に安定したパルス
幅に収束することを検知すると、太陽電池動作点は、最
大電力点WMAXより開放電圧側に位置していると判断す
る。
【0166】一方、例えば、図9,図10に示す点S3
は、点S2ら点S3までの期間T2の間、電流指令信号
refの振幅Rが一定の増加率で増加し続けた結果、開
放電圧側から最大電力点WMAXを越えて、短絡電流側に
移動した直後の太陽電池動作点であって、電圧変化率α
はそれほど大きくなっておらず、上限値βを越えていな
い状態である。さらには、この点S3では、点Sと同
様、電流指令信号Irefの振幅Rとインバータ出力電流
信号Ioutの振幅rとの間には、上述した誤差Gが存在
している。この状態で、引き続いて期間T2の間(点S
3→点X)、制御量演算部24やPWM変調制御部15
が、電流指令信号Irefの振幅Rをそのまま維持しつ
つ、インバータ出力電流信号Ioutの波形が電流指令信
号Irefの波形に近づくPWM変調制御を行うと、所定
の時間T3(T3≦T2)を経過しても、電流指令信号I
refの振幅Rとインバータ出力電流信号Irefの振幅rと
の間には、図15(c)に示すように、誤差Gが残存し
てしまい、これに伴って、パルス列信号PLのパルス幅
Wは安定したパルス幅に収束しなくなる。そのため、
誤差監視部23では、所定の時間T3が経過しても、パ
ルス幅PWが安定したパルス幅に収束しないことを検知
すると、太陽電池動作点は、開放電圧側から最大電力点
MAXを越えて短絡電流側に移動したと判断する。
【0167】誤差監視部23は、以上のようにして太陽
電池動作点の位置を判断するのであるが、太陽電池動作
点を最大電力点WMAXに向けて移動させる操作は、電圧
変化監視部22の太陽電池位置判断操作の後に行う太陽
電池動作点の移動操作と同様であるので、その説明は省
略する。
【0168】また、このインバータ装置30では、日射
強度が急変する場合には、パルス幅監視部32に比べ
て、電圧監視部22の方が速やかに太陽電池動作点の位
置を判定することができる。一方、日射強度が安定して
いる場合には、電圧監視部22に比べて、パルス幅監視
部32の方が、速やかに太陽電池動作点の位置を判定す
ることができる。そのため、電圧監視部22とパルス幅
監視部32とを併設しているインバータ装置30は、日
射強度が安定している場合であっても、日射強度が急変
した場合であっても速やかに太陽電池動作点の位置を判
定して最大電力点WMAXに追従させることができる。そ
の理由は、実施の形態2で説明したのと同様であるの
で、省略する。
【0169】以上で本発明の実施の形態の説明を終える
が、上述した各実施の形態では、電流制御型インバータ
装置において本発明を実施していたが、電圧制御型イン
バータ装置においても本発明は実施することができる。
この場合には、電圧変化監視部17,22,誤差監視部
23ないしパルス幅監視部32から出力される太陽電池
動作点の位置判定情報に基づいて、電圧指令信号(各実
施の形態の電流指令信号Irefに替わる)の振幅もしく
は位相を制御すればよい。
【0170】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
次のような効果が得られる。
【0171】請求項1の効果 日射強度が急変した場合における太陽電池動作点の位置
を、単位時間あたりの太陽電池動作点の電圧変化により
瞬時に検知することができ、その分、太陽電池動作点の
位置検出精度が向上する。
【0172】請求項2,3の効果 太陽電池動作点の位置検出精度がさらに向上する。
【0173】請求項4の効果 太陽電池動作点の位置に基づいて、太陽電池動作点を速
やかに最大電力点に追従させることができるので、その
分、太陽電池等の直流電源の最大電力を効率よく取り出
すことが可能となる。
【0174】請求項5の効果 太陽電池動作点の位置をさらに精度よく判断することが
できるようになり、その分、太陽電池等の直流電源の最
大電力をさらに効率よく取り出すことができる。
【0175】請求項6の効果 太陽電池動作点を、最大電力点からの離間距離に応じ
て、速やかに最大電力点まで復帰させることができ、そ
の分、太陽電池等の直流電源の最大電力をさらに効率よ
く取り出すことに繋がる。
【0176】請求項7の効果日射強度が急変する場合に
は、単位時間あたりの太陽電池動作点の電圧変化を 監視することで太陽電池動作点を速やかに最大電力点に
追従させることができる。一方、日射強度が安定してい
る場合には、標準電流波形信号とインバータ出力電流波
形との間の誤差を監視することで、太陽電池動作点を速
やかに最大電力点に追従させることができる。これによ
り、太陽電池等の直流電源の最大電力を効率よく取り出
すことが可能となる。
【0177】請求項8の効果 インバータ出力を増加ないし減少操作している間に、単
位時間あたりの太陽電池動作点の電圧変化を監視するこ
とでその監視結果を良好なものとする一方、インバータ
出力の無変化維持操作をしている間に、標準電流波形信
号とインバータ出力電流波形との間の誤差を監視するこ
とでその監視結果は良好なものとなる。これにより、太
陽電池動作点の位置検出精度が向上する。
【0178】請求項9の効果 インバータ出力を増加操作している間に、単位時間あた
りの太陽電池動作点の電圧変化を監視すると、その監視
結果の精度は良好なものとなる。一方、インバータ出力
の無変化維持操作をしている間に、標準電流波形信号と
インバータ出力電流波形との間の誤差を監視すると、そ
の監視結果の精度は良好なものとなる。このような精度
の高い監視結果に基づいて、太陽電池動作点の位置検出
するので、太陽電池動作点の位置検出精度が向上する。
【0179】請求項10の効果 太陽電池動作点の位置の判定に基づいて、太陽電池動作
点を速やかに最大電力点に追従させることができ、その
分、太陽電池等の直流電源の最大電力を効率よく取り出
すことが可能となる。
【0180】請求項11の効果 日射強度が急変する場合には、単位時間あたりの太陽電
池動作点の電圧変化を監視することで太陽電池動作点を
速やかに最大電力点に追従させることができる。一方、
日射強度が安定している場合には、PWM変調制御に用
いられるパルス列信号のパルス幅の変動を監視すること
で、太陽電池動作点を速やかに最大電力点に追従させる
ことができ、その分、太陽電池等の直流電源の最大電力
を効率よく取り出すことが可能となる。
【0181】請求項12の効果 インバータ出力を増加ないし減少操作している間に、単
位時間あたりの太陽電池動作点の電圧変化を監視する
と、その監視結果の精度は良好なものとなる。一方、イ
ンバータ出力の無変化維持操作をしている間に、PWM
変調制御に用いられるパルス列信号のパルス幅の変動を
監視すると、その監視結果の精度は良好なものとなる。
このような精度の高い監視結果に基づいて、太陽電池動
作点の位置検出するので、太陽電池動作点の位置検出精
度が向上する。
【0182】請求項13の効果 太陽電池動作点の位置の判定に基づいて、太陽電池動作
点を速やかに最大電力点に追従させることができ、その
分、太陽電池等の直流電源の最大電力を効率よく取り出
すことが可能となる。
【0183】請求項14の効果 太陽電池動作点の位置の判定に基づいて、太陽電池動作
点を精度よく最大電力点に追従させることができるよう
になり、その分、太陽電池等の直流電源の最大電力を効
率よく取り出すことが可能となる。
【0184】請求項15の効果 太陽電池動作点の位置を精度よく判断することができ、
その判断結果も基づいて、太陽電池等の直流電源から最
大電力を効果よく取り出すことが可能となる。
【0185】また、直流入力電流、直流入力電圧等の外
部電圧を検出する構成および太陽電池の電力演算部、電
力比較部が不必要となり、その分、回路構成を簡単にし
てコストを抑えることができる。
【0186】請求項16の効果 太陽電池動作点の位置に基づいて、太陽電池動作点を速
やかに最大電力点に追従させることができるようにな
り、その分、太陽電池等の直流電源から最大電力をより
効果よく取り出すことが可能となる。
【0187】請求項17の効果 日射強度が急変する場合であっても、日射強度が安定し
ている場合であっても、太陽電池動作点の位置を速やか
に判断することができ、その分、太陽電池動作点の位置
の判断精度が高まる。
【0188】請求項18の効果 太陽電池動作点の位置の判定に基づいて、太陽電池動作
点を速やかに最大電力点に追従させることができ、その
分、太陽電池等の直流電源から最大電力をより効果よく
取り出すことが可能となる。
【0189】請求項19の効果 日射強度が急変する場合であっても、日射強度が安定し
ている場合であっても、太陽電池動作点の位置を速やか
に判断することができ、その分、太陽電池動作点の位置
の判断精度が高まる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1に係るインバータ装置の
全体構成を示す図である。
【図2】実施の形態1のインバータ装置における電流指
令信号の振幅変化とそれに伴う動作点電圧の変化を示す
図である。
【図3】実施の形態1のインバータ装置の動作点電圧と
出力電力との間の関係を示す図である。
【図4】実施の形態1のインバータ装置の動作点電圧と
出力電力ないしインバータ出力電流信号との間の関係を
示す図である。
【図5】実施の形態1のインバータ装置における電流指
令信号の振幅変化とそれに伴う動作点電圧の変化を示す
図である。
【図6】実施の形態1のインバータ装置の動作点電圧と
出力電力ないしインバータ出力電流信号との間の関係を
示す図である。
【図7】実施の形態1のインバータ装置における電流指
令信号の振幅変化とそれに伴う動作点電圧の変化を示す
図である。
【図8】本発明の実施の形態2に係るインバータ装置の
全体構成を示す図である。
【図9】実施の形態2のインバータ装置における電流指
令信号の振幅変化とそれに伴う動作点電圧の変化を示す
図である。
【図10】実施の形態2のインバータ装置の動作点電圧
と出力電力との間の関係を示す図である。
【図11】実施の形態2のインバータ装置の動作点電圧
と出力電力ないしインバータ出力電流信号との間の関係
を示す図である。
【図12】実施の形態2のインバータ装置における電流
指令信号の振幅変化とそれに伴う動作点電圧の変化を示
す図である。
【図13】実施の形態2のインバータ装置の動作点電圧
と出力電力ないしインバータ出力電流信号との間の関係
を示す図である。
【図14】実施の形態2のインバータ装置における電流
指令信号の振幅変化とそれに伴う動作点電圧の変化を示
す図である。
【図15】実施の形態2のインバータ装置の電流指令信
号とインバータ出力電流信号との関係をそれぞれ示す図
である。
【図16】本発明の実施の形態3に係るインバータ装置
の全体構成を示す図である。
【図17】従来例のインバータ装置の全体構成を示す図
である。
【図18】従来例のインバータ装置の動作点電圧とイン
バータ出力電流信号との間の関係を示す図である。
【図19】従来例のインバータ装置の動作点電圧と出力
電力との間の関係を示す図である。
【符号の説明】
2 太陽電池 3 商用電力系統 13 制御回路 14 制御量演算部 15 PWM変調制御部 17 電圧変化監視部 22 電圧変化監視部 23 誤差監視部 32 パルス幅監視部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹林 司 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 太陽電池等の直流電源から発生する電力
    を交流に変換し、負荷あるいは既存の商用電力系統に供
    給するインバータの制御方法であって、 単位時間あたりの太陽電池動作点の電圧変化を監視する
    ことにより、太陽電池動作点を太陽電池出力持性曲線上
    の最大電力点に追従させることを特徴とするインバータ
    の制御方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のインバータの制御方法で
    あって、 単位時間あたりの太陽電池動作点の電圧変化の上限値を
    設定し、この上限値と前記電圧変化とを比較すること
    で、太陽電池特性曲線上における太陽電池動作点の位置
    を判断することを特徴とするインバータの制御方法。
  3. 【請求項3】 請求項2記載のインバータの制御方法で
    あって、 インバータ出力の増加操作を行いながら、単位時間あた
    りの太陽電池動作点の電圧変化を監視し、 太陽電池動作点電圧が下降し、かつ、前記電圧変化が前
    記上限値を越えない場合は太陽電池動作点が最大電力点
    より開放電圧側にあると判断し、 太陽電池動作点電圧が下降し、かつ、前記電圧変化が前
    記上限値を越える場合は太陽電池動作点が最大電力点よ
    り短絡電流側にあると判断することを特徴とするインバ
    ータの制御方法。
  4. 【請求項4】 請求項3記載のインバータの制御方法で
    あって、 太陽電池動作点が最大電力点より開放電圧側にあると判
    断すると、インバータ出力増加操作を継続し、 太陽電池動作点が最大電力点より短絡電流側にある判断
    すると、インバータ出力減少操作に切り替えることを特
    徴とするインバータの制御方法。
  5. 【請求項5】 請求項2ないし4のいずれか記載のイン
    バータの制御方法であって、 標準電流波形信号とインバータ出力電流波形との間の誤
    差がなくなるようにインバータをスイッチング制御し、
    かつ、インバータ出力の増減操作を、標準電流波形信号
    の振幅の増減により行うことを特徴とするインバータの
    制御方法。
  6. 【請求項6】 請求項1ないし5のいずれか記載のイン
    バータの制御方法であって、 単位時間あたりの太陽電池動作点の電圧変化の大きさに
    応じて、インバータ出力の変化量を設定することを特徴
    とするインバータの制御方法。
  7. 【請求項7】 太陽電池等の直流電源から発生する電力
    を、標準電流波形信号とインバータ出力電流波形との間
    の誤差がなくなるようにフィードバック制御を行って交
    流に変換し、負荷あるいは既存の商用電力系統に供給す
    るインバータの制御方法であって、 単位時間あたりの太陽電池動作点の電圧変化、および標
    準電流波形信号とインバータ出力電流波形との間の誤差
    を監視することにより、太陽電池動作点を太陽電池出力
    持性曲線上の最大電力点に追従させることを特徴とする
    インバータの制御方法。
  8. 【請求項8】 請求項7記載のインバータの制御方法で
    あって、 インバータ出力の増加ないし減少操作と、インバータ出
    力の無変化維持操作とを交互に繰り返しながら、単位時
    間あたりの太陽電池動作点の電圧変化、および標準電流
    波形信号とインバータ出力電流波形との間の誤差を監視
    することを特徴とするインバータ制御方法。
  9. 【請求項9】 請求項7記載のインバータの制御方法で
    あって、 インバータ出力の増加操作と、インバータ出力の無変化
    維持操作とを交互に繰り返しながら、単位時間あたりの
    太陽電池動作点の電圧変化、および標準電流波形信号と
    インバータ出力電流波形との間の誤差を監視しており、 太陽電池動作点電圧が下降し、かつ、前記電圧変化が上
    限値を越えない場合、および前記誤差が所定時間内にな
    くなる場合は、太陽電池動作点が最大電力点より開放電
    圧側にあると判断し、 太陽電池動作点電圧が下降し、かつ、前記電圧変化が上
    限値を越える場合、および前記誤差が所定時間を経過し
    てもなくならない場合は太陽電池動作点が最大電力点よ
    り短絡電流側にあると判断することを特徴とするインバ
    ータの制御方法。
  10. 【請求項10】 請求項9記載のインバータの制御方法
    であって、太陽電池動作点が最大電力点より開放電圧側
    にあると判断すると、インバータ出力増加操作およびイ
    ンバータ出力の無変化維持操作を継続し、 太陽電池動作点が最大電力点より短絡電流側にあると判
    断すると、インバータ出力減少操作に切り替えることを
    特徴とするインバータの制御方法。
  11. 【請求項11】 太陽電池等の直流電源から発生する電
    力を、標準電流波形信号とインバータ出力電流波形との
    間の誤差がなくなるようにPWM変調制御を行って交流
    に変換し、負荷あるいは既存の商用電力系統に供給する
    インバータの制御方法であって、 単位時間あたりの太陽電池動作点の電圧変化、およびP
    WM変調制御に用いられるパルス列信号のパルス幅の変
    動を監視することにより、太陽電池動作点を太陽電池出
    力持性曲線上の最大電力点に追従させることを特徴とす
    るインバータの制御方法。
  12. 【請求項12】 請求項11記載のインバータの制御方
    法であって、 インバータ出力の増加ないし減少操作と、インバータ出
    力の無変化維持操作とを交互に繰り返しながら、単位時
    間あたりの太陽電池動作点の電圧変化、およびPWM変
    調制御に用いられるパルス列信号のパルス幅の変動を監
    視することを特徴とするインバータ制御方法。
  13. 【請求項13】 請求項11記載のインバータの制御方
    法であって、 インバータ出力の増加操作と、インバータ出力の無変化
    維持操作とを交互に繰り返しながら、単位時間あたりの
    太陽電池動作点の電圧変化、およびPWM変調制御に用
    いられるパルス列信号のパルス幅変動を監視しており、 太陽電池動作点電圧が下降し、かつ、前記電圧変化が上
    限値を越えない場合、および前記パルス幅の変動が所定
    時間内になくなる場合は、太陽電池動作点が最大電力点
    より開放電圧側にあると判断し、 太陽電池動作点電圧が下降し、かつ、前記電圧変化が上
    限値を越える場合、および前記パルス幅の変動が所定時
    間を経過してもなくならない場合は太陽電池動作点が最
    大電力点より短絡電流側にあると判断することを特徴と
    するインバータの制御方法。
  14. 【請求項14】 請求項13記載のインバータの制御方
    法であって、 太陽電池動作点が最大電力点より開放電圧側にあると判
    断すると、インバータ出力の増加操作およびインバータ
    出力の無変化維持操作を継続し、 太陽電池動作点が最大電力点より短絡電流側にあると判
    断すると、インバータ出力減少操作に切り替えることを
    特徴とするインバータの制御方法。
  15. 【請求項15】 太陽電池等の直流電源から発生する電
    力を交流に変換し、負荷あるいは既存の商用電力系統に
    供給するインバータ装置であって、 インバータ出力の増加操作を行うインバータ制御部と、 太陽電池動作点電圧が下降し、かつ、単位時間当たりの
    太陽電池動作点の電圧変化が上限値を越えない場合は太
    陽電池動作点が最大電力点より開放電圧側にあると判断
    する一方、太陽電池動作点電圧が下降し、かつ、前記電
    圧変化が上限値を越える場合は太陽電池動作点が最大電
    力点より短絡電流側にあると判断する電圧変化監視手段
    と、 を備えることを特徴とするインバータ装置。
  16. 【請求項16】 請求項15記載のインバータ装置であ
    って、 インバータ制御部は、太陽電池動作点が最大電力点より
    開放電圧側にあると電圧変化監視手段が判断すると、イ
    ンバータ出力増加操作を継続し、太陽電池動作点が最大
    電力点より短絡電流側にあると電圧変化監視手段が判断
    すると、インバータ出力減少操作に切り替えるものであ
    ることを特徴とするインバータ装置。
  17. 【請求項17】 太陽電池等の直流電源から発生する電
    力を、標準電流波形信号とインバータ出力電流波形との
    間の誤差がなくなるようにフィードバック制御を行って
    交流に変換し、負荷あるいは既存の商用電力系統に供給
    するインバータ装置であって、 インバータ出力の増加操作を行うインバータ制御部と、 太陽電池動作点電圧が下降し、かつ、単位時間当たりの
    太陽電池動作点の電圧変化が上限値を越えない場合は太
    陽電池動作点が最大電力点より開放電圧側にあると判断
    する一方、太陽電池動作点の電圧下降し、かつ、前記電
    圧変化が上限値を越える場合は太陽電池動作点が最大電
    力点より短絡電流側にあると判断する電圧変化監視手段
    と、 標準電流波形信号とインバータ出力電流波形との間の誤
    差が、所定時間内になくなる場合は、太陽電池動作点が
    最大電力点より開放電圧側にあると判断する一方、前記
    誤差が所定時間を経過してもなくならない場合は太陽電
    池動作点が最大電力点より短絡電流側にあると判断する
    誤差監視手段と、 を備えることを特徴とするインバータ装置。
  18. 【請求項18】 請求項17記載のインバータ装置であ
    って、 インバータ制御部は、太陽電池動作点が最大電力点より
    開放電圧側にあると電圧変化監視手段ないし誤差監視手
    段が判断すると、インバータ出力増加操作を継続し、太
    陽電池動作点が最大電力点より短絡電流側にあると電圧
    変化監視手段ないし誤差監視手段が判断すると、インバ
    ータ出力減少操作に切り替えるものであることを特徴と
    するインバータ装置。
  19. 【請求項19】 太陽電池等の直流電源から発生する電
    力を、標準電流波形信号とインバータ出力電流波形との
    間の誤差がなくなるようにPWM変調制御を行って交流
    に変換し、負荷あるいは既存の商用電力系統に供給する
    インバータ装置であって、 インバータ出力の増加操作を行うインバータ出力制御部
    と、 太陽電池動作点電圧が下降し、かつ、単位時間当たりの
    太陽電池動作点の電圧変化が上限値を越えない場合は太
    陽電池動作点が最大電力点より開放電圧側にあると判断
    する一方、太陽電池動作点の電圧が下降し、かつ、前記
    電圧変化が上限値を越える場合は太陽電池動作点が最大
    電力点より短絡電流側にあると判断する電圧変化監視手
    段と、 PWM変調制御に用いられるパルス列信号のパルス幅の
    変動を監視し、パルス幅の変動が所定時間内になくなる
    場合は太陽電池動作点が最大電力点より開放電圧側にあ
    ると判断する一方、パルス幅の変動が所定時間を経過し
    てもなくならない場合は太陽電池動作点が最大電力点よ
    り短絡電流側にあると判断するパルス幅監視手段と、 を備えることを特徴とするインバータ装置。
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